AULA INVERSORES

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INVERSORES DE INVERSORES DE 
FREQUÊNCIA
Professor: Bruno Gomes da Silva
INTRODUÇÃO:
O mais eficiente método de controle de
velocidade de motores assíncronos trifásicos ,
com menores perdas no dispositivocom menores perdas no dispositivo
responsável pela variação da velocidade,
consiste na variação da freqüência da fonte
alimentadora por meio de conversores
estáticos de freqüência.
INTRODUÇÃO:
Para esta técnica , podemos considerar as
seguintes relações:
T = φm . I2
φ m = V1/f1
Onde:
• T = Conjugado ou torque;
• φm = Fluxo de magnetização; 
• I2 = Corrente do rotor;
• V1 = Tensão de estator ;
• f1 = Freqüência da rede.
INTRODUÇÃO
Torque Constante x Diferentes Velocidades:
Para possibilitar a operação do motor com
torque constantepara diferentesvelocidades,torque constantepara diferentesvelocidades,
deve-se fazer variar a tensão V1
proporcionalmente com a variação da
freqüência f1 mantendo se desta forma o fluxo
constante.
Partes de um Inversor 
de Freqüência:
Um inversor de freqüência consiste basicamente dos
seguintes blocos:
a) Fonte de tensão contínua elaborada a partir de uma
ponte retificadora alimentada por umaponte retificadora alimentada por uma
rede monofásica ou trifásica;
b) Filtro capacitivo;
c) Inversor constituído de transistores de potência
(IGBT).
d) Controlador
Partes de um Inversor 
de Freqüência:
Partes de um Inversor 
de Freqüência:
Princípio de Funcionamento:
• Idéia básica de funcionamento :
O sinal ACda rede é convertido emDC, e este
novamenteem AC, porém, agora pulsadoenovamenteem AC, porém, agora pulsadoe
com largura modulada, assimpodemos ajustar
sua freqüência e sua tensão e comisso
controlar sua velocidade e seu torque.
Princípio de Funcionamento:
• Seção Retificadora :
Os seis diodos retificadores situados no circuito de entrada do
inversor, retificama tensão trifásica da rede de entrada (L1, L2
e L3). A tensão DC resultante é filtrada pelo capacitor C e
utilizadacomoentradaparaaSeçãoInversora.utilizadacomoentradaparaaSeçãoInversora.
• A tensão contínua na saída do retificador pode ser calculada
pela seguinte equação:
Vcc = 2,34*Vrms , onde:
Vrms = é a tensão da alimentação medida entre fase e neutro.
Princípio de Funcionamento:
• Seção Inversora 
Na seção inversora, a tensão retificada DC é novamente
convertida emTrifásica AC. Os transistores chaveiamvárias
vezes por ciclo, gerando umtrem de pulsos comlargura
variávelsenoidalmente(PWM). Estasaídade tensãopulsada,variávelsenoidalmente(PWM). Estasaídade tensãopulsada,
sendo aplicada emum motor (carga indutiva), irá gerar uma
forma de onda de corrente bempróxima da senoidal através do
enrolamento do motor.
Abaixo, a forma de onda na saída do inversor:
Princípio de Funcionamento:
Forma de onda na saída do inversor:
O inversor é composto de seis chaves implementadas
numa configuração como mostrada na figura a seguir:
Princípio de Funcionamento:
• Dependendo da combinação de chaves abertas ou
fechadas pode se obter na saída do inversor formas de
onda diferentes. Estas chaves são implementadas nos
inversores de freqüência com dispositivos
semicondutoreschamadosdetransistoresdepotência.semicondutoreschamadosdetransistoresdepotência.
Existem várias tecnologias de fabricação para este
tipo de transistores. Os transistores mais
freqüentemente utilizados são os chamados:
IGBT - Transistor Bipolar com Porta Isolada
(Insulated Gate Bipolar Transistor).
Princípio de Funcionamento:
Durante o primeiro estado as chaves 1, 5 e 6 estão
fechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor a tensão entre as fases
U e V é positiva, entre as fases V e W é zero e entre as fases U e W é positiva,
como representado na forma de onda. Nos cinco estados
seguintes muda a combinação de chaves abertas e
fechadas permanecendo o mesmo tipo de análise do
primeiro estado.
Princípio de Funcionamento:
A figura a seguir mostra umexemplo simples de
como pode ser gerada uma primeira aproximação de
uma onda senoidal. A linha cheia representa a onda
geradapelacombinaçãodeseisestadosdaschaves.geradapelacombinaçãodeseisestadosdaschaves.
Princípio de Funcionamento:
Princípio de Funcionamento:
A figura a seguir mostra o padrão de chaveamento da tensão e
a corrente resultante numa fase do motor, quando utilizada a
técnica PWMpara comando dos transistores de potência.
Princípio de Funcionamento:
• Pode se deduzir tambéma partir da figura anterior
que variando o tempo que cada combinação de
chaves permanece numdeterminado estado, podemos
variar a freqüência da onda de saída.
• Os inversores de freqüência modernos utilizampara a
combinação de abertura e fechamento das chaves uma
estratégia chamada de "PWM" (Pulse Width
Modulation) ou "Modulação por Largura de Pulsos".
Esta estratégia permite a geração de ondas senoidais
de freqüência variável comresolução de até 0,01Hz.
Blocos Básicos de um Inversor:
Blocos Básicos de um Inversor:
• Unidade Central de Processamento (CPU): 
Tem como base de processamento um
microcontrolador ou ainda ummicroprocessador,
porém,esteúltimo necessitade memóriasagregadas.porém,esteúltimo necessitade memóriasagregadas.
Pode ser considerado o cérebro do inversor de
freqüência, pois é neste bloco que todas os dados do
sistema e parâmetros ficamarmazenados. A CPU
também é responsável pela geração da lógica de
pulsos para os transistores.
Blocos Básicos de um Inversor:
• Interface Homem Máquina (IHM):
É o bloco de interação entre o usuário e
máquina, é neste bloco que ocorre amáquina, é neste bloco que ocorre a
parametrização, ou seja, é através deste bloco
que as informações como, freqüência e torque
são inseridas no inversor, alémde permitir a
visualização do que está ocorrendo.
Blocos Básicos de um Inversor:
• Interface eletrônica :
Permite a comunicação comdispositivos
externos. Nestebloco,poderáexistir: módulosexternos. Nestebloco,poderáexistir: módulos
de redes de comunicação, entradas para sinais
analógicos de 0 a 10V ou 4 a 20mA, entradas
digitais, saídas programáveis etc.
Blocos Básicos de um Inversor:
• Etapa de potência :
É constituída pelo retificador trifásico de
potência, que através do barramento DC,potência, que através do barramento DC,
alimenta um módulo com seis transistores
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Controle Escalar:
• O funcionamento dos inversores de freqüência com
controle escalar está baseado numa estratégia de
comando chamada "V/F constante", que mantémo
torque do motor constante, igual ao nominal, para
qualquervelocidadedefuncionamentodomotor.qualquervelocidadedefuncionamentodomotor.
• O estator do motor de indução possui umbobinado
trifásico. Este bobinado temdois parâmetros que
definem suas características. Umdeles é a sua
resistência ôhmica R [Ohm] e o outro e a sua
indutância L [Henry].
Controle Escalar:
• A resistência depende do tipo de material (cobre) e do
comprimento do fio comqual é realizado o bobinado.
Já a indutância depende fundamentalmente da
geometria (forma) do bobinado e da interação como
rotor.rotor.
• Por meio de uma análise muito simplificada podemos
dizer que a corrente que circulará pelo estator do
motor será proporcional ao valor da resistência "R" e
ao valor da reatância Indutiva "XL" que é
dependente da indutância L e da freqüência f.
Controle Escalar:
Assim:
• Para valores de freqüência acima de 30Hz o valor da
resistência é muito pequeno quando comparado como valor da
reatância indutiva; sendo assim, podemos, nesta aproximação,
desprezá-lo.
• Assim teremos que o valor da corrente será proporcional à
tensão de alimentação V, à indutância L e à freqüência f.
Controle Escalar:
• O valor de indutância L é uma constante do motor,
mas a tensão e a freqüência são dois parâmetros que
podemser "controlados" pelo inversor de freqüência.
• Assim, se para variar a velocidade do motor de
induçãotemosque variar a freqüênciada tensãodeinduçãotemosque variar a freqüênciada tensãode
alimentação, a estratégia de controle "V/F constante"
varia a tensão proporcionalmentecoma variação da
freqüência de alimentação (e da reatância indutiva) do
motor para obter no estator uma corrente constante da
ordemda corrente nominal do motor, como mostra a
equação e a figura a seguir.
Controle Escalar:
Controle Escalar:
• Como se pode observar na figura anterior, acima de
60Hz a tensão não pode continuar subindo, pois já foi
atingida a tensão máxima (tensão da rede).
• É assim que a partir deste ponto a corrente, e
conseqüentementeo torquedomotor,diminuirão.conseqüentementeo torquedomotor,diminuirão.
• Esta região (acima dos 60Hz no exemplo) é
conhecida como região de enfraquecimento de
campo. A figura a seguir mostra o gráfico do torque
em função da freqüência onde fica emevidência este
comportamento.
Controle Escalar:
Controle Escalar:
Conclusões:
• Podemos deduzir assimque o controle escalar em
inversores de freqüência é utilizado emaplicações
normais que não requerem elevada dinâmicanormais que não requerem elevada dinâmica
(grandes acelerações e frenagens), nemelevada
precisão e nemcontrole de torque.
• Um inversor comcontrole escalar pode controlar a
velocidade de rotação do motor comuma precisão de
até 0,5 % da rotação nominal para sistemas sem
variação de carga, e de 3 % a 5 % comvariação de
carga de 0 a 100 % do torque nominal.
Controle Escalar:
• Pelo princípio de funcionamento e aplicação, são
utilizados na maioria das vezes motores de indução
convencionais;
• A faixa de variaçãode velocidadeé pequenae da• A faixa de variaçãode velocidadeé pequenae da
ordemde 1:10 (Ex: 6 a 60Hz);
• Com estas características, o inversor de freqüência
escalar é mais utilizado emsistemas que não
requeremalto desempenho;
• Este apresenta tambémumcusto relativo menor.
CONTROLE VETORIAL
• Em aplicações onde se faz necessária uma alta
performance dinâmica, respostas rápidas e alta
precisão de regulação de velocidade, o motor
elétrico deverá fornecer essencialmenteumelétrico deverá fornecer essencialmenteum
controle preciso de torque para uma faixa
extensa de condições de operação.
CONTROLE VETORIAL
• No inversor escalar a referência de velocidade
é usada como sinal para gerar os parâmetros
tensão/freqüência variável e disparar os
transistoresde potência. Jáo inversorvetorialtransistoresde potência. Jáo inversorvetorial
calcula a corrente necessária para produzir o
torque requerido pela máquina, calculando a
corrente do estator e a corrente de
magnetização.
CONTROLE VETORIAL
• Os inversores vetoriais recebemeste nome devido a
que:
1. A corrente que circula no bobinado estatórico de
ummotor de indução pode ser separada emduas
componentes:componentes:
- Id, ou corrente de magnetização (produtora de
FLUXO).
- Iq ou o corrente produtora de TORQUE.
2. A corrente total é a soma vetorial destas duas
componentes
CONTROLE VETORIAL
3. O torque produzido no motor é proporcional ao
"produto vetorial" das duas componentes.
4. A qualidadecom a qual estascomponentessão4. A qualidadecom a qual estascomponentessão
identificadas e controladas define o nível de
desempenho do inversor.
CONTROLE VETORIAL
• Para calcular estas correntes é necessário resolver em
"tempo real" uma equação que representa
matematicamente o comportamento do motor de
indução (modelo matemático do motor).
• Portanto, este tipo de controle requer
microprocessadores potentesque realizammilhares
de operações matemáticas por segundo.
CONTROLE VETORIAL
• Para resolver esta equação é necessário conhecer ou
calcular os seguinte parâmetros do motor:
- Resistência do estator; 
- Resistência do rotor; - Resistência do rotor; 
- Indutância do estator; 
- Indutância do rotor;
- Indutância de magnetização.
Corrente de Partida:
Uma característica importante do acionamento de
motores com inversores de freqüência é que a
corrente de partida é praticamente da ordemda
corrente nominal, e que alimentando o motor a partir
de 3 ou 4Hz podemos obter no rotor umtorque de
150 % do nominal, suficiente para acionar qualquer
carga acoplada ao motor.
Dimensionando o Inversor de Freqüência:
• Para dimensionar um inversor devemos conhecer a carga 
(potência) que ele acionará e calcular a corrente que será 
drenada do inversor.
Exemplo1: Deseja-se dimensionar um inversor para um motor 
trifásico de 5,0 CV / 380V. 
Exemplo1: Deseja-se dimensionar um inversor para um motor 
trifásico de 5,0 CV / 380V. 
I = P ÷ ( V x FP do inversor) → I = 5 x 736W ÷ ( 380V x 0,8) 
→ I = 12,1 A 
Assim, devemos escolher um inversor com tensão nominal de 
380V e corrente nominal superior a 12,1A. 
Dimensionando o Inversor de Freqüência:
Exemplo 2: Dimensionar um inversor para atender as seguinte 
situação:
Inversor x Motor Monofásico
• O acionamento de motores monofásicos não pode ser
feito através da utilização de conversores de
freqüência, devido aos princípios físicos de
funcionamento (partida) do motor.
• Em motores monofásicos, a partida é efetuada através
da utilização de umenrolamento estatórico auxiliar e
de um capacitor de partida, que de uma forma
genérica, causamuma deformação no campo girante
do motor, que por sua vez produz conjugado.
Inversor x Motor Monofásico
• Após o processo de partida, quando o motor atinge
uma determinada velocidade, umcontato auxiliar
(centrífugo) desconecta o enrolamento auxiliar e o
capacitor da rede, operando o motor apenas como
enrolamentoprincipalconectadoà rede.enrolamentoprincipalconectadoà rede.
• Caso fosse utilizado umconversor de freqüência, o
mesmo teria de ter sua saída monofásica e haveria a
necessidade da utilização do enrolamento auxiliar e
do capacitor para a partida (criação de campo
girante). Como a tensão de saída do conversor possui
uma forma de onda pulsante (PWM), a utilização do
capacitor se toma proibitiva, pois os pulsos de tensão
causariama destruição do capacitor.
Considerações Finais:
Considerações Finais:
Considerações Finais:
Considerações Finais: