conversor frequencia siemens 12pulsos

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Siemens LTDA 
Automation & Control – Drive Technology 
Rua Cel. Bento Bicudo, 111 – 05069-900 – São Paulo – SP 
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Publicação Técnica 
 
 
APLICAÇÃO DE CONVERSORES DE FREQÜÊNCIA? 
E AGORA? BAIXA TENSÃO OU MÉDIA TENSÃO? 
Eng°. Marcos Marcondes Assis 
19 de fevereiro de 2002 (revisado 02/04/04) 
 
Está aí um tema bastante interessante, na verdade, uma das perguntas feitas diariamente na 
indústria brasileira, que chegam até os fornecedores de conversores. 
A dúvida tem origem no conflito entre a tradição e a inovação. Existem normas “centenárias” que 
defendem a aplicação de motores de indução com potências acima de 200CV (150kW) em média 
tensão. São normas tecnicamente bem fundamentadas, pois: 
· Os motores de indução trifásicos demandam correntes de partida da ordem de até 10 
vezes a corrente nominal; 
· Os efeitos sobre o sistema elétrico são bem claros, seja pelo aquecimento nos cabos, seja 
pela queda de tensão no alimentador, que afeta outras cargas conectadas no sistema; 
· A correção de fator de potência em média tensão apresenta uma melhor relação custo 
benefício, além de ser mais flexível com a aplicação de compensadores síncronos; 
 
Em resumo, os cuidados com a qualidade do sistema elétrico levam ao limite da potência de 
motores elétricos nas redes de baixa tensão. 
A polêmica se inicia com a aplicação de motores com conversores de freqüência, quando as 
características de partida dos motores se alteram: 
· Os conversores permitem a partida suave do motor, em tempo ajustado de forma a 
garantir a partida sem esforços mecânicos e elétricos no motor; 
· Os motores partem com correntes reduzidas, ou seja, correntes inferiores à corrente 
nominal do motor em cargas de conjugado variável (tipo bombas e ventiladores) e 
correntes de 1,5 a 2 vezes a corrente nominal do motor para cargas pesadas ou de 
conjugado constante ( tipo correias transportadoras, pontes rolantes, elevadores, etc ); 
· A rede elétrica não sofre os efeitos de partida, os cabos de alimentação não são 
sobrecarregados e não há queda de tensão no sistema; 
 
 
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· O fator de potência visto pela rede é praticamente unitário quando se aplica conversores 
de freqüência do tipo PWM (Pulse Width Modulation – Modulação por largura de pulso) e 
dispensa o uso de banco de capacitores para compensar o reativo do motor instalado. 
Essa propriedade foi bastante decisiva na “aposentadoria” dos conversores CSI ( Current 
Source Inverter – Inversores de Corrente Imposta, ou ainda, com circuito intermediário em 
corrente). 
 
Considerando tantas vantagens apontadas pelos conversores estáticos de freqüência PWM, por 
que ainda deveríamos manter toda a padronização para motores de média tensão? O que 
justificaria aplicar tais conversores para motores novos ou mesmo existentes se a técnica de baixa 
tensão apresentar uma melhor relação custo-benefício? 
Todavia, a aplicação de conversores estáticos deve levar em consideração os harmônicos de 
corrente gerados pelos conversores estáticos, principalmente os conversores a base de diodos ou 
de tiristores no estágio retificador. 
Os retificadores em conexão ponte trifásica ou conversores de 6-pulsos (Fig. 1) apresentam um 
elevado conteúdo de harmônicos de corrente de ordem 5 e 7, como ilustra a Fig. 2. 
 
Fig. 1 – Retificador 6-pulsos 
 
 
Fig. 2 – Harmônicos gerados pelo sistema de 6-pulsos 
 
O conteúdo de harmônicos pode ser reduzido com o uso de transformadores para as conexões 
em maior número de pulsos. A Fig. 3 ilustra um sistema de 12 pulsos, com um transformador de 
duplo secundário em conexão delta-estrela e a estrutura do retificador (Fig. 4). Pela Fig. 5, 
 
 
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observa-se que os harmônicos de corrente de ordem 5 e 7 são praticamente eliminados. 
 
 
 
Fig 3 – (a) Sistema de 12-pulsos. (b) Características das correntes 
 
 
Fig. 4 – Retificador 12-pulsos 
 
Fig. 5 – Harmônicos gerados pelo sistema de 12-pulsos 
(a) (b) 
 
 
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Um conversor de 24 pulsos (Fig. 6), obtido pela conexão de dois transformadores de entrada, irá 
gerar apenas harmônicos de corrente de ordem 23 ou superior. 
 
Fig. 6 – Sistema de 24-pulsos 
 
Uma alternativa seria a aplicação de conversores estáticos com retificador de entrada 
autocomutado, não comutado pela rede como os retificadores a diodos ou tiristores. São os 
chamados AFE – Active Front End, retificadores a base de IGBT’s (Insulated Gate Bipolar 
Transistors), cuja estrutura é ilustrada na Fig. 7, disponíveis hoje em baixa tensão e média tensão. 
O desempenho do sistema é superior ao de conversores de 12 pulsos, como mostra a Fig. 8. 
 
 
Fig. 7 – Estrutura de retificador AFE com IGBTs 
 
 
 
 
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Fig. 8 – Nível de harmônicos para os sistemas 6-pulsos, 12-pulsos e AFE 
 
Os harmônicos de corrente irão influenciar o sistema alimentador da seguinte forma: 
· Aumentar as perdas nos cabos, na rede, nos transformadores do sistema; 
· Provocar quedas de tensão adicionais e distorcer a tensão do sistema de alimentação; 
· Provocar o mau funcionamento de outras cargas conectadas aos sistemas (outros 
conversores, fontes de alimentação, computadores, etc); 
· Provocar ressonâncias em bancos de capacitores e/ou filtros instalados no sistema; 
· Provocar desligamentos indevidos nos sistemas de proteção, relés e disjuntores. 
 
Todos esses fatores nos levam a afinar os critérios para instalação de conversores. Naturalmente, 
sem muito esforço em cálculos, os efeitos negativos serão tanto piores quanto maior a potência 
instalada em um sistema com uma capacidade de curto-circuito já definida. 
Mesmo independentemente da potência, sistemas contendo bancos de capacitores e também 
filtros de harmônicos podem apresentar os problemas de ressonância. Nestes casos a freqüência 
de ressonância deverá ser identificada e os harmônicos correspondentes serem eliminados ou 
filtrados na fonte. 
As interferências dos conversores sobre o sistema podem ser reduzidas ou mesmo eliminadas 
com o desacoplamento dessas cargas não lineares, como ilustrado abaixo: 
 
0,0% 
1,0% 
2,0% 
3,0% 
4,0% 
5,0% 
6,0% 
AFE 
12 pulsos 
6 pulsos 
Nível de distorção de tensão 
 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 
 
 
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Fig. 9 – Desacoplamento de cargas 
 
Voltando a questão Média Tensão x Média Tensão, conclui-se: 
· Sobre o ponto de vista da partida de motores, as propriedades e facilidades são as 
mesmas; 
· Sobre o ponto de vista do fator de potência, as propriedades são as mesmas, se aplicados 
conversores PWM em média tensão; 
· Sobre o ponto de vista de harmônicos, a aplicação de transformadores vem de encontro 
com a imunidade do sistema elétrico; 
· Transformadores para sistemas de 12 pulsos eliminam os harmônicos de corrente de 
maior amplitude (ordem 5 e 7), provocam menor distorção na rede, em “prol”da qualidadeda energia elétrica; 
· Se transformadores são inseridos, por que não considerar os motores em baixa tensão? 
 
Mas antes de se tomar uma decisão, vamos verificar as perdas nominais em conversores de 
freqüência PWM refrigerados a ar: 
 
 
 
 
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Considerando que o rendimento de transformadores é também elevado, superior 98%, o fator 
decisivo em termos rendimento seria o comprimento dos cabos entre conversor e motor, bem 
como a trajetória dos mesmos, a facilidade de instalação e manutenção. 
Chamamos ainda a atenção para os aspectos: 
· Custo: os acionamentos de baixa tensão são pelo menos 50% mais baratos que os 
correspondentes de média tensão, principalmente para potências até 1000kW; 
· Logística: os acionamentos de baixa tensão são encontrados muito facilmente no 
mercado, inclusive em distribuidores, particularmente para motores até 500kW; 
· Manutenção: é muito mais simples para acionamentos em baixa tensão, seja pelo parque 
instalado que é muito superior ao parque instalado em média tensão, seja pela facilidade 
de peças de reposição ou ainda pela disponibilidade de técnicos aptos a operar e dar 
assistência em campo. 
 
Em resumo, são muitas as considerações a serem feitas na definição de acionamentos com 
conversores estáticos e os aspectos de qualidade da energia elétrica merecem especial atenção. 
Há a necessidade de uma avaliação ampla, da quebra de paradigmas e da reavaliação das 
normas de instalação elétrica de motores. Avaliações limitadas podem levar a resultados 
desfavoráveis ao investimento em conversores de freqüência nos programas de economia de 
energia, principalmente no caso de motores de média tensão já instalados. 
 
 
Sobre o autor: 
Marcos Marcondes Assis 
Engenheiro Eletricista pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) 
Consultor de Vendas do departamento Large Drives da Siemens LTDA, desde 1999.