Acionamentos Elétricos - Formação Técnica

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Programa de Forma‹o
TŽcnica Continuada
Acionamentos ElŽtricos
Œndice
1. Acionamentos ElŽtricos
1.1 Diferentes conjugados existentes nas
m‡quinas....................................................3
1.2 M‡quinas com conjugado resistente
constante....................................................4
1.3 M‡quinas de conjugado resistente
crescente com a velocidade......................4
1.4 M‡quinas de conjugado resistente
crescente com o quadrado da
velocidade..................................................4
1.5 M‡quinas de conjugado resistente
inversamente proporcional a velocidade...4
1.6 Sobre conjugado de partida.......................5
1.7 Algumas m‡quinas com forte varia‹o de
conjugado...................................................5
1.8 Fases de um movimento............................6
1.9 Diferentes conjugados fornecidos pelo
motor durante as fases de um
movimento..................................................6
1.10 Conjugado de um motor Ž proporcional ao
seu peso.....................................................7
1.11 Os diferentes tipos de redutores de
velocidade..................................................7
1.12 Os quatro quadrantes................................7
1.13 Equa›es dos redutores............................8
1.14 Constitui‹o de um motor ass’ncrono de
gaiola..........................................................8
1.15 Constitui‹o dos diferentes tipos de
motores ass’ncronos..................................8
1.16 Conjugados dispon’veis com um motor
alimentado pela rede.................................9
1.17 Caracter’sticas velocidade-conjugado.....10
1.18 Tipos de motores de gaiola......................10
1.19 Potncia - balano energŽtico do motor..11
1.20 Potncia mec‰nica œtil no eixo................11
1.21 Circuito equivalente de um motor
ass’ncrono................................................11
1.22 Partida de motores ass’ncronos de
gaiola........................................................12
1.23 Tipos de acionamentos est‡ticos para
motores elŽtricos ass’ncronos.................13
1.24 Tecnologia................................................14
1.25 Vantagens na utiliza‹o do soft-start.......14
1.26 Nova tecnologia TCS - Torque Control
System.....................................................14
1.27 Performances : Sin—tico - Controle em
conjugado (TCS)......................................15
1.28 An‡lise comparativa detalhada dos Soft-
start..........................................................15
1.29 Performances : Curvas de conjugado.....15
1.30 Performances : Caracter’sticas velocidade-
corrente....................................................16
1.31 Soft-start com TCS aplicado em bombas17
1.32 Soft-start com TCS aplicado em
ventiladores e cargas centr’fugas............17
1.33 Soft-start com TCS aplicado em
transportadores........................................17
1.34 Recursos do Soft-start com TCS.............17
1.35 As vantagens do Soft-start com TCS......17
1.36 Conclus‹o................................................18
1.37 Alimenta‹o com tens‹o e frequncia
vari‡veis conversor est‡tico de
frequncia................................................18
1.38 Como obter um fluxo constante...............18
1.39 Alimenta‹o de um motor com frequncia
e tens‹o vari‡veis para obter conjugado
constante..................................................19
1.40 Circuito equivalente de um motor
ass’ncrono................................................19
1.41 Incidncia da queda de tens‹o estat—rica
sobre a lei U/f te—rica...............................19
1.42 detalhe lei U/f em baixa frequncia.........20
1.43 Conjugado dispon’vel, conjugado m‡ximo
com um varia‹o de frequncia...............20
1.44 Escorregamento - Variaˆo de
frequncia................................................21
1.45 Conversor est‡tico de frequncia............21
1.46 Evolu‹o tecnol—gica dos inversores......21
1.47 Conversores de frequncia......................22
1.48 Conversores de frequncia - Tens‹o
imposta ou modula‹o de amplitude (pulse
Amplitude Modulation - PAM)..................22
1.49 Conversores de frequncia - Modula‹o da
largura de pulsos (MLP ou PWM)............23
1.50 ALTIVAR VP3 - Esquema de potncia....23
1.51 Conversor est‡tico de frequncia
modula‹o da largura de pulsos - MLP
senoidal ou PWM senoidal......................24
1.52 Sinais de tens‹o com o ALTIVAR 5........25
1.53 PWM Senoidal - controle escalar............25
1.54 Levantamento das correntes harm™nicas
ALTIVAR 5...............................................25
2. Inversores a Controle Vetorial
2.1 Compara‹o entre os princ’pios de
opera‹o de m‡quinas rotativas..............26
2.2 Diagrama de cirucito equivalente de motor
ass’ncrono defini‹o de Id e Iq................27
2.3 Diagrama de Blocos do controle
Vetorial.....................................................28
2.4 Gera‹o de uma referncia para cada
fase...........................................................28
2.5 Gera‹o de uma referncia para cada
fase...........................................................28
2.6 Diagrama de blocos do processamento de
Id, Iq.........................................................29
2.7 Algoritmo t’pico para controle vetorial.....29
2.8 Analogia com controle por retificador
(corrente cont’nua)...................................30
2.9 Princ’pio do controle vetorial....................30
2.10 Diagrama de blocos para torque normal
PRO.S......................................................32
2
Diagrama Esquem‡tico de um Sistema de Controle Contendo um Conversor
Est‡tico
Diagrama Esquem‡tico de um Processo de Automa‹o Contendo um
Controlador Program‡vel
3
1. Acionamentos ElŽtricos
Classifica‹o dos Diferentes Tipos de
Carga
As cargas mec‰nicas tm comportamentos diferentes
quanto aos conjugados resistentes que oferecem aos
motores elŽtricos.
As mesmas podem ser classificadas em 5 grupos:
a) Cargas de Conjugado resistente constante.
b) Cargas de Conjugado resistente crescente com a
velocidade.
c) Cargas de Conjugado resistente crescente com o
quadrado da velocidade.
d) Cargas de Conjugado resistente inversamente
proporcional com a velocidade.
e) Carga com forte varia‹o de Conjugado com a
velocidade.
AlŽm disso, quando o motor est‡ acelerando ou
desacelerando o mesmo precisa vencer o efeito de
inŽrcia de todas as partes girantes do acionamento que
incluem:
n O pr—prio rotor,
n Carga acionada,
n Sistema de redu‹o (redutores).
Velocidade
A velocidade Ž um termo f‡cil de medir, atravŽs de um
tac™metro ou tacogerador.
A velocidade angular geralmente Ž expressa em rpm;
rota›es por minuto (N), sendo que os c‡lculos exigem
radianos por segundos ( w ).
w = 2 p N
 60
Conjugado
O conjugado ou torque Ž o esforo que o motor
desenvolve para movimentar a carga mec‰nica.
T = F X R = Peso X Raio
PESO = T
 R
O conjugado Ž expresso em Newton-metros [Nm]
podendo tambŽm ser quantificado em kilogramafora
[kgm.]. A rela‹o entre as duas unidades Ž dada por 1
kgm = 9,8 Nm.
Potncia
A potncia Ž o produto dos dois termos anteriores:
velocidade e conjugado.
P = Tx w
A potncia Ž expressa em Watts [W]. Um watt Ž o
produto de um Newton-metro por um radiano/segundo.
1 [W] = 1 [Nm] x 1 [rd/Seg]
1.1 Diferentes conjugados existentes nas
m‡quinas
n Conjugado resistente
Conjugado resistente se op›e ao movimento em
qualquer sentido de rota‹o.
A m‡quina Ž movimentada pelo motor. Conjugado
resistente pode alterar-se com a velocidade de v‡rios
modos.
n Conjugado de arraste
Favorece o movimento em qualquer sentido de rota‹o.
A m‡quina arrasta o motor.
R
F
ÿÿ
H
Sentido deSentido de
rotaÁ„orotaÁ„o
MotorMotor
H
4
1.2 M‡quinascom conjugado resistente
constante
Cr = constante
n Potncia
A potncia Ž proporcional ˆ velocidade
P = Cr. w , Cr = constante, P = k. w
n M‡quinas
o Esteiras transportadoras
o Transportadores: pontes rolantes, guinchos,
p—rticos, etc..
o Cadeira do laminador.
o Compressores de v‡lvula presa.
1.3 M‡quinas de conjugado resistente
crescente com a velocidade
Cr = K w
n Potncia
A potncia varia como o quadrado da velocidade
P = Cr. w , C = k. w portanto, P = k. w 2
n M‡quinas
o Sistemas de acoplamento hidr‡ulico ou
eletromagnŽtico.
o Geradores ligados em carga de alto fator de
potncia (resistiva).
1.4 M‡quinas de conjugado resistente
crescendo com o quadrado da velocidade
Cr = K w 2
n Potncia
A potncia varia como o cubo da velocidade
P = Cr. w , Cr = k.w 2 portanto, P = k. w»
n M‡quinas
o Bombas centr’fugas
o Ventiladores
1.5 M‡quinas de conjugado resistente
inversamente proporcional a velocidade
C = k/ w
n Potncia
Velocidade 
Conjugado
CrCr
Vitesse
Couple
CrVelocidade
Conjugado
CrVelocidade
Conjugado
5
A potncia Ž constante
P = Cr. w , Cr = k/ w , portanto, P = k
n M‡quinas
o Brocas de m‡quinas ferramentas.
o Bobinador, desbobinador.
o M‡quinas de sonda e perfura‹o de petr—leo.
1.6 Sobre conjugado de partida
Todas estas m‡quinas, n‹o importa qual seja o
conjugado resistente, podem impor na partida, um
sobreconjugado de partida mais ou menos alto que, se
n‹o for calculado durante o estudo de movimento, pode
impedir a partida ou tornar a acelera‹o muito
demorada.
O sobreconjugado de partida pode atingir v‡rias vezes
o conjungado na velocidade norminal.
n Exemplos
1.7 Algumas m‡quinas com forte varia‹o
Tipo de M‡quina Sobreconjugado de Partida Escolha do Conversor
M‡quinas com rolamentos de 110 a 125% Normal Normal
esferas ou de rolos
M‡quinas de guias lisas 130 a 150% Normal
Transportadores ou m‡quinas 160 a 250% Sobredimensionar o conversor e
de alta fric‹o eventualmente o motor
Transportador cujo ciclo de
funcionamento apresenta "golpes" 250 a 600% Sobredimensionar o conversor e
(prensas, m‡quinas com o motor
anteparos ou sistemas de biela)
InŽrcia elevada, m‡quinas com O dimensionamento do conversor
volante de inŽrcia ou massas em ------------------------------ depender‡ do tempo desejado para
rota‹o (centr’fuga) a partida e/ou a frenagem
de conjugado
n M‡quinas
a) Triturador em vazio
b) Compressor de palheta
c) Compressor de pist‹o
n Conclus‹o
Para permitir uma escolha correta do conjugado motor-
conversor, Ž muito importante conhecer bem as
caracter’sticas do conjugado resistente ou de arraste
das m‡quinas utilizadas.
Para os regimes transit—rios de acelera‹o e
desacelera‹o os momentos de inŽrcia de todas as
partes girantes dever‹o ser utilizados para o c‡lculo do
Conjugado motor que dever‡ ser dado por:
o Uma parcela para vencer a resistncia da
carga e
o Uma parcela para acelera‹o ou
desacelera‹o
w = cte
6
C
m
 = C
r
 + C
AC
para C
AC 
= 0 C
m
 = Cr
1.8 Fases de um movimento
C
m
 = C
r
 + C
a
C
m
 = C
r
C
m
 = C
r
 + C
da
Cm = conjugado motor
Cr = conjugado resistente
Ca = conjugado de acelera‹o
Cda = conjugado de desacelera‹o
1.9 Diferentes conjugados fornecidos pelo
motor durante as fases de um
movimento
n Regime permanente
O conjugado fornecido pelo motor Cm, Ž igual ao
conjugado resistente da carga Cr:
C
m
 = C
r
n Regime transit—rio
Regime Transit—rio de Acelera‹o: O conjugado de
partida fornecido pelo motor Cmp, dever‡ vencer o
conjugado resistente da carga e tambŽm inercial para
acelera‹o do acionamento:
C
mp
 = C
r
 + C
AC
 = C
r
 + J. d w
 dt
d w = C
m
 - C
r
 > 0
 dt J
Regime Transit—rio de Desacelera‹o: O conjugado de
frenagem, fornecido pelo motor Cmf ser‡ auxiliado pelo
conjugado resistente da carga, que dever‹o produzir a
desacelera‹o do acionamento.
C
mf
 = C
r
 + C
DC
 = C
r
 + J. d w
 dt
d w = C
mf
 - C
r
 > 0
 dt J
 Formas de Opera‹o das M‡quinas ElŽtricas: Balano
de Energia
VI = Pel > 0 Potncia elŽtrica absorvida pela
m‡quina.
C.W = Pmec > 0Potncia mec‰nica cedida pela
m‡quina.
RIý = Perdas > 0Perdas sempre geradas pela
m‡quina.
Opera‹o nos 4 Quadrantes com Conversores
Est‡ticos
w o - Velocidade do motor em vazio T
m
 = 0 P
mec
 = 0
T
rb
 - Conjugado de rotor bloqueado w
m
 = 0 P
mec
 = 0
1.10 Conjugado de um motor e proporcional
Forma Operacional Balano de Energia
Motor Pel = Pmec + Perdas
Gerador Pmec = Pel + Perdas
Freio Pel + Pmec = Perdas
Quadrante Velocidade Conjugado Potncia
Mec‰nica
I0 Q w > 0 C > 0 Pmec > 0
II0 Q w > 0 C < 0 Pmec < 0
III0 Q w < 0 C < 0 Pmec > 0
IV0 Q w < 0 C > 0 Pmec < 0
+
ñ
ñ +
Q2 Q1
Q4Q3
AV
AR
F
F
F
F
7
ao seu peso
n Caracter’stica de quatro motores ass’ncronos de 4
kW, obtidos do cat‡logo de um fabricante de motores.
n Estando o preo de um motor ligado ao seu peso,
nosso interesse Ž de escolher o motor que possua
maior velocidade.
n Conjugado aumenta com o tamanho do motor.
n Utilidade dos Redutores
Uma m‡quina geralmente necessita de um conjugado
elevado e de uma baixa velocidade.
Constatamos na tabela do lado que, em potncia igual,
o conjugado de um motor Ž diretamente ligado ao seu
peso, portanto ao seu seu preo.
Por raz›es econ™micas Ž prefer’vel utilizar-se um
redutor de velocidade, permitindo a potncia do motor,
reduzindo sua velocidade (de onde seu nome) e
aumentando seu conjugado.
1.11 Os diferentes tipos de redutores de
velocidade
Redutor de engrenagem
Redutor de trens planet‡rios
Redutor de ciclo
Redutor de coroa e rosca sem fim
n Os Diferentes Tipos de Redutores
o O critŽrio Ž o preo, a rela‹o de redu‹o e o
rendimento desejado.
ATEN‚ÌO: Certos redutores de coroa e rosca sem fim
n‹o aceitam que a mec‰nica arraste o motor
(quadrantes Q2 e Q4). N‹o revers’veis.
As caracter’sticas:
Os nœmeros dados n‹o cobrem todos os modelos
existentes. O rendimento Ž fun‹o da velocidade e da
carga transmitida pelo redutor.
1.12 Os quatro quadrantes
P1 = hP2 Q1 - Q3 O motor arrasta
 Tipo Velocidade Potncia Peso Preo Conjugado
 A 3000 rpm 4 kW 27 kg
 B 1500 rpm 4 kW 28 kg
 C 1000 rpm 4 kW 55 kg
 D 750 rpm 4 kW 72 kg
Tipos K h Vantagens Incovenincias
5 0,98 Bom rendimento Barulhento
Engrenagens a a Redu‹o correta
150 0,93 Preo X
5,6 0,96 Rendimento correto
Planet‡rio a a Redu‹o elevada Baruhento
992 0,88 Preo: 1,5 X
6 0,96 Rendimento
Ciclo a a Redu‹o muito
107 0,85 grande Preo: 2,5 X
Tamanho
10 0,91 Rendimento
a a Redu‹o
Rosca sem fim 60 0,34 Silencioso Problema de
Reversabiidade
Redutores
Engrenagem
Planet‡rios
Ciclo
Algumas
roscas sem fim
M‡quina
P1
Motor
P2
8
A mec‰nica arrasta Q1 - Q3P2 = h P1
P1 = h P2 Q1 - Q3 O motor
arrasta
A mec‰nica arrasta Q2 - Q4
Todos os redutores de velocidade com trens planet‡rios
ou ciclo s‹o revers’veis. A transferncia da potncia Ž
efetuada do motor para a parte mec‰nica e vice-versa
(em um ou outro sentido).
Geralmente os redutores de rosca sem fim n‹o s‹o
revers’veis.
A transferncia da potncia Ž efetuada somente do
motor para a parte mec‰nica (nos dois sentidos de
velocidade).
1.13 Equa›es dos redutores
Velocidade = w 1 Velocidade = w 2
Conjugado = C1 Conjugado = C2
Potncia = P1 Potncia = P2
Energia CinŽtica = W1 Energia CinŽtica = W2
InŽrcia = J1 InŽrcia = J2
Velocidade : w 1 = w 2 w em rad/s (K > 1)
 K
w = 2p n n = velocidade em rpm
 60
Conjugado : C1 = K C2 h em Nm (o motor arrasta)
C1 = KC2em Nm (o motor arrasta)
 h
Potncia : P1 = h P2 em W ( o motor arrasta)
P2 = P1 em W (o motor Ž arrastado)
 h
Energia CinŽtica : W1 = J1 w 12 W2 = J2 w 22
 2 2
W1 = h W2
InŽrcia: J
2
 = J
1
 K2
1.14 Constitui‹o de um motor ass’ncrono
de gaiola
n Princ’pio
Trs enrolamentos alojados no estator da m‡quina
est‹o deslocados no espao de 120…. Os mesmos s‹o
alimentados por um sistema elŽtrico trif‡sico (trs
tens›es e correntes defasadas no tempo de 120…),
acarretando a forma‹o de um campo elŽtrico girante.
Este campo atravessa o entreferro passando pelas
barras do rotor induzindo foras eletro-motrizes nas
mesmas e que pelo fato de estarem curto circuitadas
nas extremidades por dois anŽis d‹o passagem a
correntes elŽtricas. Estas correntes interagindo com o
campo girante produzem o conjugado eletromagnŽtico
que arrasta o rotor no sentido do campo girante. O rotor
atingindo a velocidade do campo girante tem as
tens›es induzidas nas barras nulas, cessando o
conjugado eletromagnŽtico. Por este fato, o motor s—
desenvolve conjugado quando a velocidade do rotor Ž
diferente da velocidade do campo girante.
1.15 Constitui‹o dos diferentes tipos de
motores ass’ncronos
n Motor de gaiola
Redutores
de
Rosca sem fim
M‡quina
P1
Motor
P2
Redutores de
Velocidade
Rela‹o de
transmiss‹o = K
Rendimento = h
M‡quina
Motor
Rotor
CarcaÁa
Rolamento
Prisioneiro
Ventilado
r
Rolamento
Tampa
Tampa
Escudo
9
n Velocidade
Podemos multiplicar os enrolamentos e ligar as bobinas
de tal maneira que a cada per’odo da rede o campo
n‹o gire a mais de meia volta (motor de 4 polos), um
tero de volta (motor de 6 polos).
A velocidade do campo girante se chama velocidade de
sincronismo.
Ns = 60 f
 p
A velocidade do rotor (ou do motor) Ž nominal quando o
motor fornece seu conjugado nominal (Nn).
Uma velocidade se exprime geralmente em rota›es
por minuto e se escreve N.
A unidade de velocidade angular que permite efetuar
c‡lculos Ž radianos por segundos e se escreve: w .
n Motor de anŽis
Para os motores ass’ncronos de gaiola, o usu‡rio n‹o
tem acesso ao rotor.
A caracter’stica w = f (C) Ž escolhida em fun‹o das
necessidades mec‰nicas, mas n‹o pode ser modificada
em seguida.
Motor de gaiola de esquilo Ž o motor mais simples.
Seu rotor Ž constitu’do de tiras de alum’nio (ou outros
meteriais condutores), fundidos simultaneamente. ƒ
econ™mico, robusto, estanque, sem manuten‹o mas
possui uma alta corrente na partida.
Para os motores ass’ncronos de anŽis, o rotor bobinado
em trif‡sico Ž ligado em trs anŽis.
Isto permite a adi‹o de resistncias externas.
A caracter’stica w = f (C) pode ser escolhida e
modificada a vontade.
1.16 Conjugados dispon’veis com um motor
alimentado pela rede
Cn = Conjugado nominal
Cp = Conjugado de partida
Cm = Conjugado m‡ximo
Ns = Velocidade de sincronismo
Nn = Velocidade nominal
Com Ns, velocidade em rpm.
F, frequncia em Hz
P, o nœmero de pares de polos do motor.
10
Para passar de um para outro, Ž suficiente de aplicar a
f—rmula bem conhecida: rad/s w = 2 p N rpm
 60
n Escorregamento
A diferena relativa de velocidade entre o campo
girante e o rotor se chama escorregamento.
Em porcentagem: S = (Ns - Nn)/Ns
Diferena entre as rota›es do campo e do rotor
(devido ao escorregamento): S x Ns = Ns - Nn
A velocidade nominal Ž Nn = Ns x(1 - S)
S = Escorregamento nominal
Nn = Velocidade nominal
Ns = Velocidade de sincronismo
n Conjugado
O conjugado de um motor ass’ncrono varia com o
quadrado da tens‹o de alimenta‹o, da velocidade do
rotor e dos par‰metros do circuito equivalente do motor.
n Conjugado m‡ximo
O conjugado m‡ximo dispon’vel Ž proporcional tambŽm
ao quadrado da tens‹o.
O aumento da resistncia rot—rica causa um aumento
de escorregamento para um mesmo conjugado.
Dobrando a resistncia, dobramos o escorregamento
para o qual ele acontece; o conjugado m‡ximo
dispon’vel permanece o mesmo, mas a uma velocidade
mais baixa.
ƒ o princ’pio das partidas com reostato de motores com
rotor bobinado.
1.17 Caracter’sticas velocidade-conjugado
Motor de Gaiola Simples
Motor de AnŽis
Para remediar estes problemas de picos de corrente na
partida, assim como a falta de conjugado, a solu‹o Ž
de aumentar a resistncia do rotor para melhorar o fator
de potncia, e em consequncia a potncia ativa
dispon’vel.
1.18 Tipos de motores de gaiola
Gaiola Dupla - Categoria N - (NBR)
Vantagens Incovenientes
Motor de gaiola Normalizado
simples Robusto Conjugado de
Simples partida Corrente
Manuten‹o partida
Fia‹o
Preo
Motor de anŽis Conjugado de Preo
partida Corente Fia‹o
de partida Manuten‹o
11
1.20 Potncia mec‰nica œtil no eixo
n Potncia
Potncia mec‰nica. (Potncia œtil sobre o eixo).
Pu = C w com w = 2p N
 60
Potncia elŽtrica. (Potncia consumida pelo motor).
Pa = U I 3 cos j
U = Tens‹o de alimenta‹o da rede
I = Corrente eficaz consumida pelo motor
cos j = Fator de potncia
n Rendimento
1.21 Circuito equivalente de um motor
ass’ncrono
Is = Corrente estat—rica
Im = Corrente magnetizante (fluxo)
Ir = Corrente rot—rica vista do estator (conjugado)
U = Tens‹o que deve ser proporcional ˆ frequncia
para se obter um conjugado constante.
Uest = Tens‹o total aplicada no estator.
Este esquema equivalente de um motor ass’ncrono
coloca em evidncia a queda da tens‹o no estator.
(RsIs).
A indut‰ncia Lm representa o enrolamento estat—rico
gerando o fluxo no motor. A corrente que atravessa
est‡ indut‰ncia Ž defasado de 90… em rela‹o ˆ tens‹o
U.
A resistncia Rr/s representa o rotor visto do estator. A
corrente Ir em fase com a tens‹o U Ž a imagem do
conjugado.
Gaiola Resistiva- Categoria D - (NBR)
Duplas gaiolas, triplas gaiolas, entalhes profundos,
entalhes em L, gaiola resistente permitem uma varia‹o
de L / R.
Isto permite obter um conjugado superior na partida
com uma corrente inferior aquela de um motor de
gaiola simples.
O escorregamento em regime est‡vel pode ser menor
conforme os tipos. As perdas s‹o dissipadas no rotor,
gerando um aquecimento que Ž proporcional ao
escorregamento. Por este fato, para uma mesma
potncia, os motores de gaiola resistente esquentam
mais que os motores de anŽis. Estes motores de gaiola
resistente s‹o portanto maiores e mais caros que os
motores de gaiola simples.
1.19 Potncia - Balano energŽtico do motor
Potncia total fornecida pela rede
Potncia absorvida pelo motor
12
Conforme o conjugado solicitado ao motor, a propor‹o
entre Im e Ir varia, fazendo nascer diferenas de
cosseno j . Quanto maior a carga, melhores s‹o o
cosseno j e o rendimento.
Para uma determinada frequncia da fonte trif‡sico de
alimenta‹o o conjugado desenvolvido pelo motor em
fun‹o do escorregamento Ž dado por:
 Rr
C = 3 U2 est. s = 3U2 . s
W
s
 R
s
 + t Rr W
s
 t 2 Rr
 s
onde: W
s
 = 2p f = 2p N
s
 ,
 P 60
onde P = pares de polos da m‡quina.
t = 1 + R
s
 ~ 1.0
 L
m
s = (N
s
 - N) / N
s
Estas fun›es para cada frequncia da rede s‹o
representadas atravŽs das curvas de conjugado por
rota‹o.
Estrutura geral de Partidas de motores
1.22 Partida de motores ass’ncronos de gaiola
n Varia‹o de conj. e corrente de 0 a Nn com Un
n Varia‹o da U nos bornes ex: com 0,6 Un
C
6
5
4
3
2
1
Cd
60 100
N
Nm
Cm
Glissement
Id
Ic
Id
6
5
4
3
2
1
Cd
0,36 Cd
50 100
N
Cm
0,6 id
I = f (U) nos bornes
C = f (U2)
13
Curvas de partida
o Corrente de partida : 1,7 a 4 x In
o Conjugado de partida : 0,4 a 0,85 x Cn
o Queda de tens‹o e picos de corrente elevadosno
momento da liga‹o da tens‹o plena
o Dimens›es e volume elevados
Partida com resistncia estat—rica
Curvas de partida
o A queda de tens‹o nos bornes das resistncias
diminui a tens‹o nos bornes do motor, reduzindo assim
a corrente e o conjugado
o Corrente de partida : 4,5 x In
o Conjugado de partida : ,5 a 0,75 x Cn
o Pico de corrente ainda elevado
o Resistncias volumosas
Partida com Soft-Start
1.23 Tipos de acionamentos est‡ticos para
motores elŽtricos ass’ncronos :
n Estrela-tri‰ngulo,
n Autotransformador,
n Resistncias estat—ricas,
n Soft-start com controle em tens‹o,
n Soft-start com controle em conjugado,
n Inversores de frequncia.
Partida estrela-tri‰ngulo
Curvas de partida
U 1… est‡gio = Un / 3
o Tens‹o por enrolamento ü 3
o Corrente de partida ü 3
o Conjugado de partida ü 3
o Corrente de partida : 1,8 a 2,6 x In
o Conjugado de partida : 0,5 x Cn
o Partida normalmente sem carga ou com baixo
conjugado
o de corrente e conjugado na passagem estrela-
tri‰ngulo
Partida por Autotransformador
14
Curvas de partida
o Corrente de partida : regul‡vel de 2 a 5 x In
o Conjugado de partida : vari‡vel de 0,15 a 1 x Cn
o Controle do conjugado de acelera‹o e
desacelera‹o
o Prote‹o do motor / mec‰nica / m‡quina
o Supress‹o dos golpes de conjugado e redu‹o da
corrente de partida.
1.24 Tecnologia
n Sin—tico funcional
1.25 Vantagens na utiliza‹o do soft-start
n Para limitar o conjugado, visando a prote‹o das
pessoas e dos produtos transportados,
n Para limitar os conjugados, visando aumentar a vida
das m‡quinas e reduzir o tempo perdido,
n Para reduzir picos de corrente na rede durante a
partida,
n Para desacelera›es suaves e elimina‹o de golpes
de ariete em bombas,
n Para paradas controladas sem desgastes e sem
aumento de temperatura,
n Para reduzir as quedas de tens‹o na linha,
n Para reduzir o tempo de manuten‹o,
n Para prote‹o tŽrmica efetiva do motor e da
instala‹o e otimizar o funcionamento da m‡quina,
n Para prŽ-aquecer o motor nas paradas longas sem
necessidade de outro artif’cio espec’fico,
n Para manter um conjugado de frenagem na parada,
n Para supervisionar o motor e a instala‹o,
n Para possibilitar a partida em cascata de v‡rios
motores.
1.26 Nova tecnologia TCS - Torque Control
System
A tecnologia TCS foi desenvolvida pela Schneider para
o Soft-start ALTISTART46 e permite atravŽs de um
novo algor’tmo, o controle da tens‹o e corrente do
motor, fazendo com que o conjugado de acelera‹o e
desacelera‹o sejam lineares.
Esta tecnologia conta com uma l—gica chamada :
"Fuzzi Logic" - conhecida como l—gica nebulosa ou
difusa.
Com a utiliza‹o deste algor’tmo, conseguimos
respostas mais r‡pidas, precisas e est‡veis para o
controle em conjugado.
15
1.27 Performances : Sin—tico - Controle em conjugado (TCS)
1.28 An‡lise comparativa detalhada dos Soft-Start
Perdas
estatorTI(hard)
Sincro.
tens„o
(hard)
C·lculo da
potÍncia
C·lculo
das perdas
C·lculo
conjugado
Comando
em
conjugado
disparo
tiristor
(hard)
C·lculo
do cos j
Correntes
instant‚neas
leitura de 
corrente
CompensaÁ„o
perdas estator LSC
PotÍncia
Conjugado
nominal
motor In
Conjugado de
referÍncia
Conjugado
LTR
Retardo do
disparo no comando corrente
g
Retardo disparo
no comando de tens„o
a
(Rampa de conjugado)
16
n Soft-start com rampa de tens‹o
Acionamento progressivo, porŽm n‹o linear. A
acelera‹o Ž crescente e o controle Ž indireto.
Aquecimento do motor elevado fora do per’odo de
acionamento.
Aplica›es
n Conjugado = k N2 (vari‡vel)
n Conjugado constante
1.29 Performances : Curvas de conjugado
n Soft-start com controle em conjugado (TCS)
Um bloco interno permite calcular o conjugado durante
o transit—rio da velocidade.
O tempo fixado para a rampa de acelera‹o Ž o tempo
necess‡rio para alcanar o conjugado nominal de
funcionamento, isto Ž, a rampa de acelera‹o Ž igual a
rampa de conjugado.
n Soft-start com rampa de tens‹o
O tempo fixado para a acelera‹o Ž o tempo
necess‡rio para passar de um ‰ngulo de retardo
m‡ximo ˆ um ‰ngulo de retardo m’nimo.
n‹o existe dom’nio do conjugado
n‹o existe dom’nio da acelera‹o
1.30 Performances : Caracter’sticas
velocidade-corrente
n Soft-start com controle em conjugado (TCS)
Acionamento progressivo em rampa com controle do
conjugado.
Limita‹o do aquecimento do motor.
17
1.31 Soft-start com TCS aplicado em bombas
n Prote‹o do motor e das instala›es
o contra as sobrecargas,
o contra a invers‹o de fase,
o adapt‡vel ˆs bombas submersas ou tubulares,
o elimina‹o dos golpes de ariete e v‡lvulas:
acelera›es e desacelera›es constantes,
o supervis‹o e comando centralizados,
o religamento autom‡tico.
1.32 Soft-start com TCS aplicado em
ventiladores e cargas centrifugas
n Adapta‹o ˆs partidas de motores e paradas longas
o prote‹o tŽrmica regul‡vel,
o otimiza‹o da corrente e da instala‹o elŽtrica,
o frenagem para diminuir o tempo de parada e os
riscos de acidente.
n PrŽ-aquecimento do motor.
n Anti-giro na partida/parada (tubula‹o de ar)
1.33 Soft-start com TCS aplicado em
transportadores
n Acelera›es e desacelera›es constantes
o elimina‹o dos trancos mec‰nicos,
o estabilidade e prote‹o das cargas
o redu‹o dos desgastes.
n Regulagem linear para acionamentos a vazio e em
carga,
n Prote‹o contra sobrecargas
n Segurana e comunica‹o serial
1.34 Recursos do Soft-start com TCS
n Prote‹o tŽrmica integrada e regul‡vel do motor :
o Possibilidade de escolher sua classe de
desligamento segundo IEC 947-4-1, como classe 10 e
20
o Prote‹o tŽrmica com ajuste de 50 a 130% In
1.35 As vantagens do Soft-start com TCS
CritŽrio TCS Soft-start convenc.
Controle Em conjugado Em tens‹o
Acionamento sem Para a maioria N‹o
regulagem das aplica›es
Prote‹o Integrada e Pouco frequente
tŽrmica motor envolu’da 50 ou em op‹o
a 130% In (relŽ tŽrmico)
Resposta Conforme a -
normativa CEM
Robustez / rede Elevada MŽdia ou fraca
18
1.36 Conclus‹o:
n Com o Soft-start com TCS obtemos :
o Adapta‹o ˆs condi›es do motor e da carga,
evitando aquecimentos,
o Dom’nio do acionamento do motor atravŽs de
rampas lineares (acelera‹o / desacelera‹o),
o Robustez com rela‹o a rede elŽtrica,
o Prote‹o tŽrmica ajust‡vel de 50 a 130% x In,
o Informa›es de retorno do sistema como : corrente,
conjugado, cos j , potncia,
o Comunica‹o ponto a ponto ou multiponto,
o AlŽm de todos os benef’cios de um Soft-start
convencional.
mesmo valor de escorregamento s.
Assim sendo, considerando que o escorregamento s
vale:
2p f - 2 p fm
s = N
s
 - N = p p = f - fm = f2
N
s
 2 p f f f
 p
Onde f
2
 Ž a frequncia elŽtrica das correntes rot—ricas,
teremos, substituindo na express‹o do conjugado:
C = 3V2 = f2 = 3pf2 V
 2 p f t 2 fRr 2pt 2Rr f
 p
Por outro lado, V = 4,44 f N f ou seja V/f a f , que faz
com que o conjugado seja proporcional ao quadrado do
fluxo.
1.38 Como obter um fluxo constante
1) Como obter um fluxo constante ?
Em um motor ass’ncrono o fluxo Ž criado pelo
enrolamento estat—rico, que Ž alimentado por uma
tens‹o U a uma certa frequncia f.
Para obter um fluxo constante, e portanto um
conjugado constante com uma varia‹o de frequncia,
Ž necess‡rio que a tens‹o varie simultaneamente com
a frequncia. Podemos dizer que os conversores de
frequncia respeitam a lei U = constante
 f
1.37 Alimenta‹o com tens‹o e frequncia
vari‡veis conversor est‡tico de
frequncia
Motor de gaiola
Constatamos que a frequncia de alimenta‹o de um
motor pode fazer variar a velocidade do campo girante.
Ns = 60 f
 p
O objetivo Ž como variar a velocidade fazendo com que
o motor disponibilize conjugadoconstante para um
19
1.39 Alimenta‹o de um motor com
frequncia e tens‹o vari‡veis para obter
conjugado constante
1.40 Circuito equivalente de um motor
ass’ncrono
Is = Corrente estat—rica
Im = Corrente magnetizante (fluxo)
Ir = Corrente rot—rica vista do estator (conjugado)
U = Tens‹o de entrada proporcional ˆ frequncia
para obter um fluxo constante
 U estator = RsIs + U
Is = Im + Ir
Este esquema equivalente de um motor ass’ncrono
coloca em evidncia a queda de tens‹o no estator
(RsIs).
A tens‹o U do estator Ž a tens‹o fornecida ao motor.
A tens‹o U que alimenta a indut‰ncia Lm (bobina
estat—rica) Ž a tens‹o que deve ser ligada a frequncia
de aimenta‹o.
A queda de tens‹o estat—rica Ž a diferena entre U
estator e U. Este termo RsIs pode ser calculado
medindo-se a corrente estat—rica Is.
Quanto mais Is Ž alto, maior a queda de tens‹o
estat—rica. Precisa ent‹o fornecer uma tens‹o U estator
que integre as varia›es do termo RsIs, afim de
fornecer uma rela‹o U/f constante ˆ indut‰ncia
estat—rica Lm.
A corrente estat—rica varia com a carga; portanto, o
termo RsIs varia com a carga. A tens‹o estat—rica deve
portnato depender da carga.
A corrente estat—rica Is tem duas utilidades.
Por um lado, produzir a corrente Ir, imagem do
conjugado motor que atravessa uma resistncia de
valor R/s (rotor visto do estator).
Ora, n‹o podemos conhecer os valores destas duas
correntes, Im e Ir, somente a corrente estat—rica Is pode
ser medida (motor de gaiola).
Para obter um conjugado, queremos um fluxo
constante.
Para obter um fluxo constante, precisamos de uma
corrente magnetizante Im constante.
A alimentaˆo desta indut‰ncia n‹o Ž independente;
por isso, o fluxo constante Ž dificilmente obtido nas
mœltiplas possibilidade de carga e satura‹o.
1.41 Incidncia da queda de tens‹o
estat—rica sobre a lei U/f te—rica
Encontramos sobre esta curva a incidncia da queda
de tens‹o estat—rica RsIs.
A compensa‹o RsIs deve estar ligada a carga da
m‡quina sobre toda a gama de frequncia.
20
Um motor alimentado diretamente pela rede recebe
permanentemente uma tens‹o 380V trif‡sica a uma
frequncia de 60 Hz, n‹o importa qual seja a carga.
Em todos os casos, a tens‹o n‹o pode variar com a
carga. Poderia haver uma baixa satura‹o de fluxo
quando o motor est‡ em carga, ou seja, uma falta de
conjugado. O construtor de motores, conhecendo bem
estes problemas, dimensiona seu motor a fim de poder
fornecer o conjugado desejado.
1.42 Lei u/f detalhe em baixa frequncia
Em 5 Hz a tens‹o a ser fornecida pode variar do normal
ao dobro, conforme o motor e a carga.
Na frequncia nominal (60 Hz), se a queda de tens‹o
estat—rica Ž de 20 volts, isto representa
aproximadamente 5% da tens‹o de alimenta‹o
(380V).
Em baixa velocidade, est‡ queda de tens‹o de vinte
volts pode representar mais de 50% da tens‹o de
alimenta‹o.
No caso de um motor ass’ncrono associado a uma
mec‰nica que solicite um conjugado fraco em baixa
velocidade (Ex: um ventilador), Ir Ž baixo perante Im, O
termo RsIs deve ser baixo.
Chamamos esta a‹o de dar menos tens‹o estat—rica:
"Subexcitar um motor". Se damos a um motor em vazio
uma tens‹o muito alta, esta produzir‡ uma corrente
magnetizante Im superior que poderia ser destrutiva
para o motor, pois ir‡ causar sobreaquecimento,
diminuindo a vida œtil da m‡quina.
No caso de um motor ass’ncrono associado a uma
mec‰nica que solicite um conjugado forte em baixa
velocidade (Ex: um enrolador), Im Ž fraco perante Ir, O
termo RsIs deve ser elevado.
Chamamos est‡ a‹o de dar mais tens‹o estat—rica :
"Sobre-excitar um motor".
Se fornecemos a um motor em regime uma tens‹o
inferior a necess‡ria haver‡ uma diminuiˆo do fluxo
que dever‡ ser compensado por um aumento da
corrente Ir e de escorregamento, podendo provocar
tambŽm sobreaquecimento nos enrolamentos.
Adapta‹o ˆ carga
A corre‹o RsIs Ž praticamente inœtil (desprez’vel) nas
grandes velocidades. Quanto mais baixa a frequncia,
mais esta corre‹o se torna alta em valores relativos.
1.43 Conjugado dispon’vel conjugado
m‡ximo com uma variaˆo de
frequncia
n Conjugado de emprego dispon’vel:
O conjugado de emprego Ž constante da velocidade
nula atŽ as indica›es de frequncia e tens‹o da placa
do motor.
21
Nesta gama de frequncia o conjugado de emprego Ž
igual ao conjugado nominal. Trata-se do funcionamento
em conjugado constante.
Acima da frequncia de placa (f rede) Ž poss’vel
aumentar a velocidade somente pela frequncia da
rede a velocidade dobra, mas percebemos que a
tens‹o permanecendo fixa, o fluxo Ž dividido por dois,
assim como o conjugado.
A potncia de emprego Ž constante acima da
frequncia da rede.
De fato, na regi‹o de alta velocidade Rr/s >> Rs de
forma que a expressˆo do conjugado pode ser dada
por:
C = 3U2est s = 3pU2est s 1
 Ws t 2 Rr 2 pt 2 Rr f
Como nesta regi‹o de varia‹o de velocidade a tens‹o
do estator Vest s‹o constantes, observa-se que o
conjugado de trabalho dispon’vel ser‡ inversamente
proporcional a frequncia e consequentemente a
velocidade.
Trata-se do funcionamento em potncia constante.
n Conjugado m‡ximo
O conjugado m‡ximo Ž inversamente proporcional ao
quadrado do fuxo. no caso de um motor que possua um
conjugado m‡ximo de 2 Cn, ao dobro da velocidade
nominal (meio fluxo), o conjugado m‡ximo Ž portanto
de 0,5 Cn. Este caso Ž o mais desfavor‡vel. De fato, os
motores ass’ncronos possuem sempre um conjugado
m‡ximo superior ˆ 2 Cn, mas que diminui mais
rapidamente que o conjugado de emprego dispon’vel
(em nosso exemplo, acima de 2 Cn, Cm‡x > Ce).
Isto limita a varia‹o de frequncia nas frequncias
elevadas e a velocidade do motor.
n Conjugado dispon’vel em baixa frequncia:
O conjugado dispon’vel em baixa frequncia est‡
limitado pelo escorregamento, conforme a resistncia
do rotor os motores possuem mais ou menos
conjugado para uma frequncia baixa de
funcionamento.
Observa‹o: Percebemos que atŽ 60 Hz teremos um
conjugado constante e que acima de 60 Hz o
conjugado decrescer‡, por consequncia o conjunto
motor-conversor n‹o poder‡ fornecer o conjugado
necess‡rio para os transportadores e as bombas,
enquanto que para os bobinadores a sobrevelocidade Ž
aproveit‡vel.
1.44 Escorregamento - Varia‹o de
frequncia
n Frequncia de emprego inferior ˆ da rede:
Para um conjugado dado, o escorregamento
permanece constante.
n Frequncia de emprego superior ˆ da rede:
Para um conjugado dado, o aumento do
escorregamento Ž maior do que rela‹o das
velocidade. (Velocidade de emprego/velocidade nomi-
nal).
1.45 Conversor est‡tico de frequncia
1.46 Evolu‹o tecnol—gica dos inversores
1) Conversores de corrente Imposta.
Per’odo: 1970 a 1985
2) Conversores de Tens‹o Imposta com amplitude
Controlada
Per’odo: 1970 a 1985
3) Conversores de frequncia: PWM - N‹o
Senoidal
Per’odo: 1980 a 1990
22
4) Conversor de frequncia: PWM - senoidal
Controle Escalar
Per’odo: 1985 a 1997
5) Conversores de frequncia: Controle Vetorial
Per’odo: 1995 a 20__
Os conversores de frequncia devem alimentar um
motor ass’ncrono de tens‹o e frequncia vari‡veis.
Para que o motor possa dispor de um conjugado
constante a rela‹o U/f deve ser constante. Entretanto,
deve se levar em considera‹o da queda a tens‹o
estat—rica.
Existem v‡rios tipos de conversores de frequncia, mas
o sin—ptico geral permanece idntico.
A rede alternada 60 Hz (monof‡sica ou trif‡sica) Ž
retificada, filtrada, e depois sintetizada com frequncia
e tens‹o vari‡veis.
A fun‹o de recorte esta reservada para o inversor,
enquanto que a fun‹o de varia‹o de tens‹o pode ser
efetuada conforme os tipos de conversores, seja pelo
retificador, seja pelo inversor.
Podemos distinguir duas grandes categorias de
conversores de frequncia:
Os conversores de frequncia"em onda de corrente ou
corrente imposta" onde a filtragem Ž efetuada por uma
indut‰ncia.
Os conversores de frequncia "em onda de tens‹o ou
tens‹o imposta" onde a filtragem Ž efetuada por uma
capacit‰ncia.
1.47 Conversores de frequncia
Vantagens
- reversibilidade
Inconvenientes
- qualidade de acionamento se f , 3Hz
- indut‰ncia de filtro
- 1 s— motor
O motor Ž alimentado por uma onda de corrente de
amplitude e de frequncia vari‡veis.
n Constitui‹o:
O retificador controlado fornece uma corrente de
amplitude vari‡vel. A filtragem Ž realizada por uma
indut‰ncia L externa e volumosa. O inversor gera uma
rede trif‡sica de tens‹o e frequncia vari‡veis. Os
conversores de frequncia que possuem um retificador
controlado podem regenerar a energia para a rede. S‹o
revers’veis em potncia, ou seja, funcionam nos quatro
quadrantes.
Os pulsos de corrente n‹o permitem uma rota‹o
regular abaixo de 3 Hz.
Exemplo industrial : ALTIVAR VP4
Neste conversor de frequncia a invers‹o Ž realizada
por diodos e tiristores. Ora, um tiristor alimentado a
partir de uma tens‹o cont’nua causa alguns problemas.
De fato, se sabemos dispar‡-lo, n‹o sabemos mais
como parar sua condu‹o ap—s disparo. ƒ necess‡rio
prever um sistema de extin‹o forada. Este sistema Ž
constitu’do de indut‰ncias e de capacitores (parte
direita do esquema), assim como do pr—prio motor.
A utiliza‹o de v‡rios motores em paralelo Ž imposs’vel,
assim como a utiliza‹o de um motor de potncia
diferente da do conversor.
1.48 Conversores de frequncia - Tens‹o
imposta ou modula‹o de amplitude
(pulse Amplitude Modulation - PAM)
23
O motor Ž alimentado por uma onda de tens‹o de
amplitude e de frequncia vari‡veis.
Os pulsos de tens‹o tem uma amplitude constante,
mas s‹o recortados a fim de se obter a tens‹o mŽdia
desejada.
n Constitui‹o:
O retificador de diodos fornece uma tens‹o m‡xima
fixa.
A filtragem Ž realizada por uma capacit‰ncia.
O inversor fornece a tens‹o e a frequncia vari‡veis.
Estes conversores de frequncia n‹o podem devolver a
energia para a rede em raz‹o da retifica‹o fixa.
O ru’do do conversosr desaparece, mas aparece o
ru’do elŽtrico do motor em raz‹o do recorte em
frequncias elevadas. As vibra›es das chapas do
circuito magnŽtico do motor acarretam ru’dos
desagrad‡veis, pois a frequncia de chaveamento Ž
aud’vel.
1.50 ALTIVAR VP3 - Esquema de potncia
Encontramos neste produto;
Uma ponte retificadora fixa; Diodos D1, D2, D3, D4.
Um filtro : Capacit‰ncia C.
Um inversor:
Transistores T1, T2
Diodos D11, D12, D13, D14, D15, D16.
Tiristores TH1, TH2, TH3, TH4, TH5, TH6.
Um tiristor Ž um componente de potncia relativamente
lento.
Os transistores que constituem o inversor tem a funˆo
de recriar uma tens‹o trif‡sica de frequncia vari‡vel.
Numa rede trif‡sica a soma das tens›es Ž nula a
qualquer instante.
Vantagens
- sem ru’do elŽtrico do motor
- v‡rios motores em paralelo
Incovenientes
- ru’do elŽtrico no conversor
- qualidade de acionamento se f < 5Hz
- desclassifica‹o do motor > 10%
- custo / benef’cio desfavor‡vel
O motor Ž alimentado por uma onda de tens‹o de
amplitude e de frequncia vari‡veis.
n Constitui‹o:
O retificador controlado fornece uma tens‹o de ampli-
tude vari‡vel. A filtragem Ž realizada por uma
associa‹o indut‰ncia-capacit‰ncia. O inversor gera
uma tens‹o trif‡sica de frequncia vari‡vel.
A amplitude da tens‹o pode ser obtida de duas
maneiras diferentes. Seja por um retificador controlado.
Seja por um retificador associado a um chopper que
tem a fun‹o de recortar a tens‹o m‡xima a fim de
obter o valor mŽdio desejado.
A corrente obtida que alimenta o motor com tens›es
trif‡sicas alternadas n‹o senoidais tambŽm n‹o Ž
senoidal.
O ru’do elŽtrico do conversor Ž proveniente do chopper
ou da indut‰ncia de filtro.
Os picos de corrente limitam as baixas velocidade em 5
Hz e imp›e desclassifica‹o elevada no
dimensionamento do motor.
O balano econ™mico Ž pequeno em raz‹o do grande
nœmero de componentes de potncia.
1.49 Conversores de Frequncia - Modula‹o
da Largura de Pulsos (MP ou PWM)
Vantagens
- sem ru’do do conversor
- balano econ™mico
Incovenientes
- ru’do elŽtrico do motor
- qualidade de acionamento se f < 5Hz
- desclassifica‹o do motor > 10%
24
A todo momento temos :
Ou uma fase positiva e duas negativas,
Ou duas fases positivas e uma negativa,
Ou uma fase positiva, uma negativa e uma nula.
Num dado instante o controle do conversor pilota os
tiristores a fim de recriar uma rede trif‡sica. Por
exemplo;
O tiristor TH1 fornece positivo para a fase U,
O tiristor TH3 fornece positivo para a fase V,
O tiristor TH2 fornece negativo para a fase W.
Os diodos que constituem o inversor fazem com que a
energia contida nas indut‰ncias dos enrolamentos
estat—ricos seja transferida para o capacitor de filtro
(diodo de rota‹o livre). Os diodos que constituem o
inversor tem tambŽm a fun‹o de permitir o retorno de
energia mec‰nica para a capacit‰ncia (Q2, Q4).
Este conversor Ž portanto limitado nos quadrantes Q2 e
Q4 .
Mas, por inser‹o de resistncia de carga, Ž poss’vel
consumir esta energia durante a desacelera‹o. Isto
requer a adi‹o de um m—dulo como op‹o.
1.51 Conversor est‡tico de frequncia -
modula‹o da largura de pulsos - MLP
senoidal ou PWM senoidal
Vantagens
- sem ru’do do conversor
- balano econ™mico
- qualidade de rota‹o
- desclassifica‹o do motor < 5%
Inconvenientes
- ru’do elŽtrico do motor
A constitui‹o Ž quase idntica ao anterior conversor de
frequncia PWM.
Somente os tiristores de potncia s‹o substitu’dos por
transistores de potncia (evolu‹o econ™mica). Isto
elimina os transistores colocados no topo da ponte
inversora.
O balano econ™mico se torna favor‡vel.
A recorte dos pulsos de base, chamado pulso pleno Ž
diferente a fim de obter uma corrente mais pr—xima da
sen—ide.
A desclassifica‹o se torna fraca no dimensionamento
do motor.
Exemplo industrial: ALTIVAR 5
n Microprocessador:
O conversor Ž pilotado por uma unidade de controle
que, organizada por um microprocessador, assegura as
fun›es de comando dos componentes de potncia,
di‡logo, prote‹o e segurana.
n M—dulo de potncia integrado, microcomponentes,
microprocessador:
A utiliza‹o de tecnologia modernas permitiu uma
diminuiˆo sens’vel do volume destes produtos.
Atualmente estes transistores preenchem as fun›es
de modula‹o de U e oscila‹o de f.
Eles se apresentam sob forma de m—dulos isolados
permitindo ao inv—lucro servir como dissipador.
n Inv—lucro:
O conjunto est‡ montado em um inv—lucro estŽtico e
funcional que assegura uma prote‹o eficaz do
aparelho.
25
Alimenta‹o do motor em corrente modulada por PWM
senoidal
O microprocessador permite produzir uma corrente
quase senoidal a fim de obter-se uma rota‹o regular
em baixa velocidade e limitar as perdas.
1.53 PWM Senoidal - controle escalar
Para qual frequncia o recorte PWM senoidal permite ˆ
forma de corrente ser muito pr—xima de uma sen—ide
1.54 Levantamento das correntes
Harm™nicas ALTIVAR 5
Espectro da corrente do motor em 60 Hz
1.52 Sinais de tens‹o com o ALTIVAR 5
Ao lado:
O esquema de princ’pio da ponte inversora do ALTIVAR
5.
O comando das vias a 180…; pulsos no conversor de
frequncia por onda de tens‹o.
O comando das vias em um conversor de frequncia
PWM senoidal.
Estes mesmos pulsos cheios s‹o sintetizados para
eliminar o m‡ximo de harm™nicas. A superf’cie Ž
idntica a do pulso cheio da onda de tens‹o.
Em uma frequncia de emprego inferior a da rede. A
modula‹o Ž aplicada a todas as fra›es dos pulsos,
grandes ou pequenos.
Desempenho
Qualidade de acionamento conjugado de partida gama
de velocidade, etc...
A qualidade do Acionamento est‡ Ligada ˆ Natureza da
Corrente
Aimenta‹o do motor em corrente senoidal(rede).
26
n Harm™nicas:
Este recorte da tens‹o (PWM senoidal) permite a
elimina‹o de certas harm™nicas de frequncias
menores. Assim, a uma baixa velocidade, que pode
atingir 1 Hz, a corrente obtida Ž mais pr—xima de uma
sen—ide e o conjugado Ž mais regular. Igualmente o
aquecimento do motor Ž menor. As correntes
harm™nicas dependem:
Do motor (indut‰ncia - satura‹o)
Da frequncia de utiliza‹o
Da tens‹o de utiliza‹o
Exemplo: Um motor subexcitado gera menos
harm™nicas. As correntes harm™nicas geram ru’dos e
aquecimentos no motor, e s‹o a origem dos conjugados
pulsantes.
O utilizador deve efetuar a desclassifica‹o
aconselhada pelo fabricante do conversor. Para cada
processo de recorte h‡ uma desclassifica‹o
correspondente.
n Ventila‹o:
Os motores auto-ventilados, ou seja, que possuem um
ventilador preso no eixo s‹o normalmente resfriados
quando funcionam a plena velocidade. Entretanto, a
utiliza‹o destes motores em varia‹o de velocidade
eletr™nica os predisp›e a funcionar em baixa
velocidade. Estando a velocidade do ventilador ligada a
do motor, o resfriamento do motor Ž incorreto em baixa
velocidade. Estes motores n‹o podem fornecer o
conjugado nominal em baixa velocidade
constantemente, sob a pena de falha por
sobreaquecimento, e devem ser desclassificados.
Este problema n‹o se apresenta quando os motores
s‹o providos de ventila‹o forada (moto-ventilados).
Desclassifica‹o ALTIVAR 5 conjugado dispon’vel
do motor - conversor em fun‹o da velocidade
1- Motor auto-ventilado
2- Motor moto-ventilado
3- Sobreconjugado transit—rio
A curva de regime permanente determina a zona onde
pode funcionar constantemente. ela fornece a
desclassifica‹o a ser efetuada sobre o conjugado
nominal motor em fun‹o das velocidades de emprego
(apresentada em Hz).
A curva de regime transit—rio delimita o sobreconjugado
dispon’vel nas diferentes velocidades. A produ‹o deste
sobreconjugado Ž acompanhado de uma sobrecarga e
Ž œtil nas fases de acelera‹o ou para vencer um
esforo mec‰nico. Seu emprego Ž limitado no tempo
sob pena de destrui‹o do motor. Uma curva anexa
permite verificar a compatibilidade do ciclo mec‰nico e
do resfriamento do motor. O emprego destas zonas
durante X segundos acarreta obrigatoriamente um
funcionamento na zona de regime permanente durante
Y minutos.
2.0 Inversores a Controle Vetorial ALTIVAR -
Fam’lia 6 e 8
Tipos de controle vetorial
Controle vetorial de fluxo sem realimenta‹o por
ENCODER
Um novo conceito: Este conceito tem as vantagens de
E/f e SFVC (sensorless flux vector control).
Controle vetorial de fluxo com realimenta‹o por
ENCODER
A performance do tipo CC sem suas desvantagens.
2.1 Compara‹o entre os princ’pios de
opera‹o de m‡quinas rotativas
Motor CC
22
33
1122
O 25 50 67 110O 25 50 67 110
0 30 60 80 1320 30 60 80 132
1,75
1,5
1,25
1,0
0,75
0,50
0,25
0
0,950,95 22
CC
CnCn
Velocidade MostradaVelocidade Mostrada
(HZ)(HZ)
27
2.2 Diagrama de circuito equivalente de
motor ass’ncrono defini‹o de I
D
 e I
Q
Ls = indut‰ncia estat—rica
Rs = resistncia estat—rica
Lm = indut‰ncia mœtua, indut‰ncia de magnetiza‹o
R1 = resistncia rot—rica
g = escorregamento
L1 = indut‰ncia rot—rica
Diagrama de blocos do controle vetorial
28
2.3 Diagrama de Blocos do controle Vetorial
Vetor soma
O fluxo do motor deve ser constante qualquer que seja
o torque requerido pelo motor.
Isto necessita o controle do ‰ngulo f , medida do
escorregamento.
2.4 Gera‹o de uma referncia para cada fase
As trs fases representam os trs enrolamentos do
motor.
Elas est‹o fixas no espao e defasadas de 120….
O vetor girante Id, Iq Ž a "corrente do motor".
A velocidade de rota‹o corresponde ao campo
estat—rico w s.
2.5 Gera‹o de uma referncia para cada fase
A proje‹o do vetor, corrente do motor nos trs eixos do
motor gera as referncias de corrente em qualquer
momento no tempo. A defasagem de 120… entre os trs
eixos (enrolamentos do motor) est‡ entre as trs
referncias de corrente do motor a fim de reconstituir
uma rede trif‡sica.
29
2.6 Diagrama de blocos do processamento
de Id, Iq
2.7 Algoritmo T’pico para Controle Vetorial -
ALTIVAR
PRO.S
30
Por que a posi‹o angular g s Ž usada?
ƒ necess‡ria uma precisa velocidade instant‰nea; mas
a posi‹o angular, em termos do espao do rotor, n‹o Ž
necess‡ria. Nenhum ajuste do encoder precisa ser
feito.
O comando causa rota‹o do vetor corrente do motor
Im ˆ velocidade s’ncrona (estator), de modo que as
referncias de corrente criadas s‹o da mesma
frequncia do campo girante ou velocidade w s.
2.8 Analogia com controle por retificardor
(corrente cont’nua)
2.9 Principio do controle vetorial - ALTIVAR
A primeira malha de controle regula a velocidade e
fornece a componente de corrente ativa (Iq).
Uma segunda malha independente ajusta o fluxo e
fornece a componente magnetizante (Id).
Os algoritmos de regula‹o s‹o gerados usando um
ponto de referncia rotativo de duas fases (para
simplicidade e precis‹o de c‡lculos) (Id, Iq).
Correntes trif‡sicas s‹o ent‹o reconstitu’das.
Ponto de referncia rotativo de duas fases (d, q) - Ponto
de referncia fixo de duas fases (a, b) - Ponto de
referncia fixo de trs fases.
Um conhecimento preciso de certos par‰metros do
motor Ž necess‡rio a fim de executar os c‡lculos
(par‰metros de diagrama de circuito equivalente, etc).
Quando um sensor de velocidade Ž usado, o controle Ž
simplificado e o desempenho Ž melhorado.
IO Ž calculado como uma fun‹o dos par‰metros
medidos do motor.
31
Sem sensor
PRO.S
com sensor
FVC
torque normal
(ajsute de
f‡brica)
alto torque
(SFVC)
especial
encoder no
motor
20:1
100:1
1000:1
v motor padr‹o,
motores
conectados em
paralelo, ajustes
simples
estabilidade,
algoritmos
testados
v motor padr‹o
v bom
desempenho em
malha aberta
v torque
din‰mico
v bom preo/
raz‹o de
desempenho
v motores
especiais
v motores
conectados em
paralelo,
estabilidade
v alto n’vel de
performance
v torque ˆ
velocidade nula
(zero)
v controle de
posi‹o
v desempenhos
din‰micos
v desempenhos
din‰micos
limitados
v mais ajustes
v motor œnico
v din‰mica
limitada
v motor œnico
v ajuste
essencial
v custo: motor c/
encoder
v conhecimentos
dos par‰metros
do motor
necess‡rio
Sele‹o de tipo controle de Acordo com Requisitos
Tipo de algoritmo a torque constante Faixa de
velocidade
Vantangens Desvantagens
32
2.10 Diagrama de Blocos para torque normal PRO.S - ALTIVAR