ESTUDO_DIRIGIDO_MOVITRAC_JE MAquinas eletrica 02

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LIMEIRA 
2018 
INSTITUTO SUPERIOR DE CIÊNCIAS APLICADAS 
BACHAREL EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
MÁQUINAS ELÉTRICAS II 
 
 
ESTUDO DIRIGIDO: DIAGRAMA DE BLOCOS INVERSOR DE 
FREQUÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROFº Marcelo Pinto Athaíde 
Aluno: Cleber P. Evangelista RA: 184643330 
Aluno: Gleison Targino da Silva RA:154642331 
Aluno: Jefferson Croscatto RA: 154641979 
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Sumário 
 
INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3 
OBJETIVO ........................................................................................................... 3 
DESCRIÇÃO DO SISTEMA MOVITRAC 3000 SEW......................................... 4 
Principais Recursos ............................................................................................. 5 
Dados de Placa do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW utilizado no 
estudo ............................................................................................................................. 7 
Esquema de Ligação do Inversor Movitrac 3000 SEW ...................................... 8 
DIAGRAMA DE BLOCOS ................................................................................... 9 
Bloco do filtro de rede e proteção contra sobretensão .................................... 11 
Bloco Contator de Carga ................................................................................... 12 
Bloco circuito Retificador ................................................................................... 13 
Circuito Intermediário ........................................................................................ 14 
Bloco inversor com IGBT’s ................................................................................ 15 
Bloco de controle de sinais por excitação ........................................................ 16 
Módulo de Frenagem (Resistores de Frenagem) ............................................ 17 
Interface Eletrônica do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW ............... 18 
CONCLUSÃO .................................................................................................... 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
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INTRODUÇÃO 
 
Os inversores de frequência são dispositivos elétricos que convertem a tensão 
da rede alternada em tensão contínua em um barramento CC, e finalmente convertem 
esta última em uma tensão de amplitude e período variáveis. Resumindo, é o 
equipamento que tem a função de acionar o motor elétrico e ao mesmo tempo 
controlar, variando a frequência e a tensão que é fornecida ao motor com o objetivo 
de controlar a sua velocidade e potência consumida. 
O presente trabalho estudo dirigido visa agregar conhecimento sobre o 
funcionamento dos inversores de frequência, mas não o conhecimento a nível de 
parametrização, o qual o operador do equipamento tem que seguir o manual e ajustar 
os valores de acordo com os dados de placa do motor. Mas sim o conhecimento dos 
circuitos de potência e circuitos de controle internamente através de seu diagrama de 
blocos, que é presente em todos os inversores de frequência e pode-se dizer que é o 
real motivo de funcionamento de um inversor de frequência. Para o estudo será 
realizado uma pesquisa sobre um determinado modelo de inversor de frequência cujo 
foi feito um sorteio em sala de aula, para distribuição dos modelos entre as equipes. 
O modelo do inversor de frequência presente neste estudo é o MOVITRAC 3000 da 
SEW. 
 
 
OBJETIVO 
 
Realizar um estudo teórico sobre os blocos de potência do inversor de 
frequência Movitrac 3000 SEW, e constatar na prática através da desmontagem do 
inversor de frequência os blocos e sua instalação e alocação na placa dentro do 
inversor de frequência. 
 
 
 
 
 
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DESCRIÇÃO DO SISTEMA MOVITRAC 3000 SEW 
 
Os conversores de frequência MOVITRAC 3000, são conversores com circuito 
intermediário de tensão contínua (conversores ‘U’) e utilizam o sistema PWM senoidal 
controlado por microprocessador. 
Estes conversores são utilizados para a variação da rotação de mororedutores 
e motores assíncronos trifásicos normalizados com potência nominal entre 1,5 KW e 
30 KW. 
Os aparelhos são previstos para uma tensão de alimentação trifásica de 500 V 
-25% + 10%, 50/60 Hz e fornecem tensão de saída variável até o valor da tensão da 
rede de alimentação. 
A frequência de saída aumenta proporcionalmente com a tensão até a 
frequência de inflexão, que pode ser relacionada em 50, 60, 87, 104 ou 120 Hz. Desta 
maneira, é possível operar os motores assíncronos com conjugado constante em toda 
a faixa de frequência ou com faixas de conjugado constante e potência constante 
(atenuação de campo). Na faixa com atenuação de campo ocorre uma redução 
automática e contínua da limitação de corrente. Isso garante um funcionamento 
estável e uma proteção contra arriamento do motor. 
O teclado de comando e o display são localizados na parte frontal do aparelho 
(teclado com 6 teclas e display a cristal líquido com duas linhas de texto, para ajuste 
do aparelho e leitura dos valores ajustados em cada parâmetro). 
Todas as entradas e saídas da parte eletrônica, bem como os contatos dos 
relés de sinalização, são livres de potencial. 
Toda parte eletrônica é alimentada pelo circuito intermediário de corrente 
contínua, portanto, independente da tensão da rede, podendo trabalhar numa ampla 
faixa de tensão de alimentação. 
O inversor Movitrac 3000 SEW utilizado para esse estudo pode ser observado 
na Figura 1. 
 
 
 
 
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Figura 1. Inversor Movitrac 3000 SEW 
 
 
Principais Recursos 
 
A seguir os principais recursos encontrados no inversor de frequência Movitrac 
3000 SEW. 
• As informações de sinalização e monitoração disponíveis no display 
podem ser indicadas em 6 idiomas; 
• Funcionamento manual através do teclado, sem comando externo; 
• Rampas de aceleração e desaceleração ajustáveis e independentes 
entre 0,2 a 2000 s; 
• Duas entradas para sinal de referência externo, que podem ser através 
de sinal de 0...10V / 0....+- 10V / 0...20mA / 4...20mA; 
• Entradas adequadas para utilização com chaves, contatos, PLC ou 
potenciômetro; 
• Duas saídas analógicas de tensão 0... +- 10V proporcionais a 
frequência/ corrente/ tensão de saída/ potência/ Ix t.; 
• Dois contatos disponíveis para sinalização/ comando do freio; 
• Possibilidade de programação interna do conversor para efetuar um 
determinado ciclo com velocidade/ tempo/ rampa/ sentidos ajustáveis 
em 9 etapas consecutivas; 
• Função específica para sistema de elevação; 
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• Compensação do escorregamento, ou seja, possibilidade de alteração 
da frequência de saída em função da carga; 
• Frenagem do motor por injeção de corrente contínua; 
• Possibilidade de fornecer corrente baixa para manter o motor aquecido 
(para evitar a formação de água de condensação no motor); 
• Ajuste de “I x R” e “BOOST” para perfeito funcionamento em baixas 
frequências; 
• Possibilidade de utilização de vários motores com apenas um conversor; 
• Possibilidade de comando de vários conversores através da função 
mestre-escravo; 
• Possibilidade de eliminação de faixas de frequências indesejáveis 
(janelas de frequências); 
• Monitoração da corrente consumida pelo motor em função do tempo; 
• Proteções contra sobrecorrente/ sobre/tensão da rede/ falta de fase/ 
sobrecarga no motor/ sobretemperatura com indicação no display das 
irregularidades e sinalização através de contato externo; 
• Memorização das últimas 5 irregularidades e dos parâmetros ativos no 
momento de cada irregularidade. (corrente aparente/ I x t utilização/ 
frequência/ tensão da rede/ tensão do circuitointermediário/ 
temperatura/ estado das entradas binárias/ jogo de parâmetro ativo); 
• Fator de potência = 1 e rendimento superior a 95%; 
• Grau de proteção IP20; 
• Possibilidade de fornecimento de adicionais como: 
- Chooper de frenagem (4 quadrantes). 
- Resistor de frenagem (4 quadrantes). 
- Filtros de rede. 
- Placas operacionais de controle de velocidade. 
• Possibilidade de comando/ parametrização através de microcomputador 
ligado ao conversor pela interface. 
 
 
 
 
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Dados de Placa do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW utilizado no 
estudo 
 
A Figura 2 apresenta os dados de placa do inversor de frequência utilizado para 
esse estudo no laboratório. 
Figura 2. Dados de placa do inversor Movitrac 3000 SEW utilizado no estudo 
 
Os dados técnicos referentes ao inversor de frequência são: 
• O modelo do inversor de frequência é o MOVITRAC 3003-503-4-08; 
• Tensão nominal de alimentação/ U rede (V): ~3-500 V; 
• Tolerância de tensão de rede: -25% + 10 %; 
• Frequência da rede: 50...60 Hz; 
• Tolerância da frequência: +/- 5%; 
• Corrente nominal de entrada/ I rede (A): 7,4 A; 
• Tensão de saída/ UA (V): variação contínua até 3 x a máxima da rede 
500V; 
• Frequência de saída/ fA: 0,5...120 Hz; 
• Corrente nominal de saída (A): 5,8 A 
• Potência aparente (KVA): 5 kVA; 
 
 
 
 
 
 
 
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Esquema de Ligação do Inversor Movitrac 3000 SEW 
 
Todo manual de inversor de frequência apresenta uma topologia básica do seu 
esquema de ligação para funcionamento, seja por comandos internos ou externos. A 
Figura 3 apresenta a topologia do esquema de ligação do Movitrac 3000 SEW 
apresentado em seu manual. 
 
Figura 3. Esquema de ligação do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW 
 
O esquema de ligação abrange o circuito de potência e o circuito de comando 
do inversor. 
O circuito de potência é o circuito responsável por fornecer a energia 
necessária para operação do motor. No caso dos inversores de frequência, essa 
energia é variável na saída do inversor. No esquema de ligação acima, nota-se que o 
mesmo indica como proteção do circuito de potência três fusíveis (1 por fase) para 
alimentação do inversor de frequência e também dois fusíveis alimentando os 
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contatos do contator de freio. A saída trifásica do inversor de frequência, está 
diretamente ligada ao motor. 
O circuito de comando é responsável pelo controle do inversor de frequência, 
responsável por receber sinais para seu acionamento e devidas funções pré-
programadas e enviar sinais a equipamentos externos interligados ao inversor para o 
seu devido controle. 
O circuito de comando possui entradas digitais e saídas digitais e entradas e 
saídas analógicas. 
As entradas digitais são configuradas para acionar o inversor através de um 
sinal digital, ou seja, recebe um sinal de um contato que pode ser um botão, um rele, 
um contator de comando entre outros. 
As saídas digitais geralmente são utilizadas para gerar os sinais de retorno de 
ligado e retorno de falha do inversor. 
As entradas analógicas são configuradas para controle analógico do inversor, 
geralmente são utilizadas com potenciômetro ou recebem sinal analógico externo de 
controladores. 
As saídas analógicas são utilizadas para enviar os sinais de referência de 
velocidade do inversor a controladores externos. 
Outros recursos referentes ao inversor de frequência Movitrac 3000 SEW 
podem ser averiguados na guia principais recursos abortados anteriormente neste 
estudo. 
 
DIAGRAMA DE BLOCOS 
 
Para entender o funcionamento de um inversor de frequência, é necessário 
saber a função de cada bloco que o constitui. A Figura 4 apresenta o diagrama de 
blocos do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW. 
 
 
 
 
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Figura 4. Diagrama de Blocos do Inversor de Frequência Movitrac 3000 SEW 
 
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Se analisarmos a figura 4, temos a alimentação de entrada nos bornes 1, 2, 3 
e PE e subsequente os blocos do circuito de potência que são: 
• Bloco do filtro de rede e proteção contra sobretensão; 
• Contator de carga; 
• Retificador; 
• Circuito intermediário; 
• Inversor com IGBT’s; 
• Controle sinais de excitação. 
Após a energia passada pelo último bloco, ela vai para o motor através dos 
terminais (bornes) 4, 5, 6 e PE. 
Os blocos do circuito de potência foram estudados e analisados em laboratório, 
o inversor de frequência Movitrac 3000 SEW utilizado nesse estudo foi desmontado 
por partes para melhor entendimento do circuito e blocos de potência de inversores 
de frequência. 
 A seguir os blocos do inversor de frequência serão apresentados 
detalhadamente para melhor entendimento do diagrama de blocos. 
 
Bloco do filtro de rede e proteção contra sobretensão 
 
A tensão da rede de energia não é perfeita e pode conter surtos e transientes, 
para proteção do circuito, nos inversores de frequência são usados elementos como 
varistores, TVS e elementos semelhantes. A figura 5 e 6 apresenta os filtros de 
proteção do inversor Movitrac 3000 SEW em dois ângulos diferentes para melhor 
análise. 
 
Figura 5. Filtro de rede e proteção contra sobretensão inversor frequência Movitrac 3000 
SEW_ vista lateral 
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Figura 6. Filtro de rede e proteção contra sobretensão inversor frequência Movitrac 3000 
SEW_ vista frontal 
 
 
Bloco Contator de Carga 
 
Ao energizar o inversor de frequência uma tensão relativamente alta será 
entregue ao filtro, que estará inicialmente descarregado, o que acarretará um alto pico 
de corrente que poderá causar danos ao inversor, uma maneira simples de controlar 
essa corrente é utilizando um circuito de pré-carga, que pode ser desde um simples 
resistor a um circuito mais complexo em paralelo com a bobina de um contator. 
O sistema de controle aciona a bobina do contator, que abrirá seus contatos 
NF, porém em paralelo ao contato estará o resistor pré-carga, por onde a corrente 
circulará mais não com um pico suficiente a danificar o filtro. Quando o circuito estiver 
em regime permanente, o circuito de controle interrompe a corrente da bobina do 
contator, fechando seu contato que será o novo caminho para a corrente elétrica. 
O contator de carga do inversor Movitrac 3000 SEW é apresentado nas 
Figuras 7 e 8. 
 
 
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Figura 7. Contator de carga inversor Movitrac 3000 SEW 
 
 
 
Figura 8. Contator de carga inversor Movitrac 3000 SEW vista integrada 
 
 
Bloco circuito Retificador 
 
Este bloco retifica a energia alternada disponível, para alimentação do inversor. 
A configuração mais comum é a de uma ponte de diodos em onda completa e na 
saída um capacitor que faz a filtragem da tensão obtida. 
Essa seção retificadora consiste em uma ponte retificadora trifásica onde, seis 
diodos retificam a tensão trifásica da rede R S T proporcionando uma saída continua, 
porém, com uma certa ondulação ou “rriple” que será minimizado pelo barramento 
DC. 
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A Figura 9 representa o bloco retificador com os diodos e o capacitor de 
filtragem de tensão. E a Figura 10 uma visão geral do bloco retificador integrado na 
placa do inversor de frequência. 
 
 
Figura 9. Bloco retificador com ponte de diodos e capacitor de filtragem de tensão 
 
 
Figura 10. Bloco retificador com ponte de diodos e capacitor de filtragem de tensão- 
visão integrada na placa do inversor de frequência 
 
 
Circuito Intermediário 
São formados por banco de capacitores DC e resistores de equalização, 
responsáveis pela proteção interna da saída do retificador, este bloco monitora as 
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tensões presentes na saída do retificador. Diante de uma variação perigosa o circuito 
sinaliza o bloco de controle de modo que ele possa fazer a proteção, por exemplo, 
desligando a alimentação. 
A figura 11 apresenta o bloco do circuito intermediário.Figura 11. Bloco circuito intermediário- visão integrada ao circuito do inversor de 
frequência 
 
 
Bloco inversor com IGBT’s 
 
Este bloco transforma a tensão contínua em tensão trifásica para alimentar o 
motor. São usados transistores (IGBTs) que chaveiam a tensão a partir dos sinais de 
gerador PWM (Modulação por Largura de pulso). Quando estes sinais gerador a uma 
carga indutiva como o motor trifásico, elas tomam uma forma quase senoidal, apesar 
de serem gerados como trens de pulsos. 
Os IGBT’s operam em corte (chave aberta) e saturação (chave fechada), 
obedecendo uma lógica previamente estabelecida. Nas aplicações das cargas 
indutivas, que é o caso do inversor de frequência, podem aparecer tensões inversas 
elevadas contra quais os IGBT’s devem ser protegidos. Essa proteção é feita com o 
uso de diodos ligados em paralelo com o coletor e o emissor para evitar que uma 
elevada tensão reversa seja aplicada ao IGBT. 
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As Figuras 12 e 13 mostram os IGBTs presentes no inversor de frequência 
Movitrac 3000 SEW. 
 
 
Figura 12. Bloco inversor com IGBT’s- vista superior 
 
 
Figura 13. Bloco inversor com IGBT’s- vista lateral 
 
 
Bloco de controle de sinais por excitação 
 
O bloco de controle gera os pulsos que atuam sobre os transistores de 
chaveamento, os IGBT’s. As formas de onda e frequência do sinal gerado por este 
circuito vão determinar a velocidade e potência aplicada ao motor. Veja que sua 
aplicação numa carga indutiva resulta numa forma de onda aproximadamente 
senoidal. 
A figura 14 apresenta o bloco de controle de sinais interligados ao bloco 
inversor com IGBT’s. 
 
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Figura 14. Bloco de controle de sinais por excitação 
 
 
Esses são os blocos essenciais para o funcionamento de um inversor de 
frequência, a parte de controle varia de inversor para inversor, porém todos possuem 
o sistema de diagrama de blocos apresentados neste trabalho. 
 
Módulo de Frenagem (Resistores de Frenagem) 
 
O módulo de frenagem remove a energia armazenada por cargas 
regenerativas, quando desaceleradas. Toda carga que requer uma parada rápida 
pode ser regenerativas, ou seja devolve a energia para a fonte. 
Princípio de funcionamento: um comparador compara a tensão de referência 
pré-ajustada com uma tensão do barramento DC, sendo esta maior que o 
comparador, a mesma envia um sinal que satura o transistor energizando o relé, que 
desvia a corrente para o aterramento, através de um banco de resistores que 
dissiparão essa energia em forma de calor. 
O resistor de frenagem deve sempre ser conectado nos bornes 8 e 9 do 
Movitrac 3000 SEW, nunca conectar no borne 7. 
A superfície do resistor pode atingir altas temperaturas em operação nominal. 
 
 
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Interface Eletrônica do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW 
 
A interface eletrônica do inversor de frequência permite a comunicação com 
dispositivos externos e permite o controle do inversor de frequência através de 
comandos. 
Neste bloco interface eletrônica, o inversor possui: 
• Módulos de Comunicação; 
• Entradas Digitais; 
• Entradas Analógicas; 
• Saídas Programáveis; 
Podemos citar os componentes de controle e os conectores na placa eletrônica 
vistos no inversor Movitrac 3000 SEW, após desmontarmos o mesmo: 
• Conector para placa adicional; 
• EPROM’s do sistema; 
• EPROM’s de controle; 
• Painel de controle com display de 2 linhas, 5 leds e 1 teclado; 
• Conector para placa opcional de controle de rotação; 
• Interruptor S2 para comutação da interface serial apartir dos bornes 
67/68 da placa adicional; 
• Potenciômetro R8 para ajuste de contraste do display; 
• Conector para placa MELCARD (para armazenar até 5 jogos de 
parâmetros completos); 
• Conector de eletrônica x3; 
• Bornes para blindagem; 
• Conector X2 (relés de saída k1 e k2); 
• Interruptor S7 para ligação á interface RS232 
• Plug para RS232; 
• Interruptor S1 para comutação nref: 10v/ 20ma. 
É possível constatar os componentes citados acima na Figura 15. 
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Figura 15. Interface Eletrônica Movitrac 3000 SEW 
 
A interface eletrônica comunica com a unidade central de processamento 
(CPU), que está em comunicação com a IHM e assim realizam a troca de informações 
para o controle do inversor. 
 
Unidade Central de Processamento (CPU): possui como base de 
processamento um microcontrolador ou ainda um microprocessador, porém esse 
último necessita de agregação de memórias. É considerado o cérebro do inversor de 
frequência, pois é o bloco onde todos os dados do sistema e parâmetros ficam 
armazenados. A CPU também é responsável pela geração da lógica de pulso para os 
transistores. 
 
Interface Homem Máquina (IHM): É o bloco de iteração entre o usuário e a 
máquina, é neste bloco que ocorre a parametrização, ou seja, é através desse bloco 
que as informações como frequência e torques são inseridas no inversor, além de 
permitir a visualização do que está acontecendo. 
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CONCLUSÃO 
 
Os inversores de freqüência são sem dúvida, equipamentos que chegaram ao 
mercado para mudar o rumo da automação industrial, e cada vez mais os avanços 
tecnológicos tem deixado as aplicações com inversores mais atrativas, substituindo 
equipamentos as vezes complicados mecanicamente, tais como variadores 
mecânicos e eletromagnéticos ou motores de corrente continua que tem um custo 
operacional e de manutenção elevado. 
 
Com o estudo feito no digrama de blocos do inversor MOVITRAC 3000 da SEW 
do estudo dirigido acima, conseguimos enxergar o funcionamento de cada parte dos 
circuitos de potência e dos circuitos de controle e cada função de cada bloco no interior 
do inversor. Mesmo sendo um modelo antigo de inversor se comparado aos modelos 
utilizados atualmente, o princípio de funcionamento de seu diagrama de blocos é 
equivalente aos inversores da atualidade. 
 
Desta forma, conhecer bem o conceito sobre inversores de freqüência e o seu 
diagrama de blocos é extremamente importante pois, atualmente os recursos 
eletrônicos estão cada vez mais sendo utilizados de forma a tornar a aplicação com 
inversores a melhor solução para controle e variação de velocidade do ramo 
industrial. 
 
 
	INTRODUÇÃO
	OBJETIVO
	DESCRIÇÃO DO SISTEMA MOVITRAC 3000 SEW
	Principais Recursos
	Dados de Placa do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW utilizado no estudo
	Esquema de Ligação do Inversor Movitrac 3000 SEW
	DIAGRAMA DE BLOCOS
	Bloco do filtro de rede e proteção contra sobretensão
	Bloco Contator de Carga
	Bloco circuito Retificador
	Circuito Intermediário
	Bloco inversor com IGBT’s
	Bloco de controle de sinais por excitação
	Módulo de Frenagem (Resistores de Frenagem)
	Interface Eletrônica do inversor de frequência Movitrac 3000 SEW
	CONCLUSÃO