quarta-feira, 16 de maio de 2012

Inversores de Frequência

Definição de inversor de frequência: Dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica CA fixa ( tensão e frequência ) em energia elétrica CA variável , controlando a potência consumida pela carga.



Inversores de frequência WEG linha CFW-08

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Inversores de frequência WEG linha CFW-09

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Inversores de frequência WEG linha CFW-10

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Inversor de frequência WEG linha CFW-11

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No caso específico , o inversor de frequência é utilizado para controlar a rotação de um motor assíncrono ( de indução). Isto é alcançado através do controle micro processado de um circuito típico para alimentação do motor composto de transístores de potência que chaveam rapidamente uma tensão
CC , modificando o valor “rms” e o período. Ao controlar a rotação o motor , flexibilizamos a produção da máquina que é acionada pelo motor de indução.






Vantagens de se usar inversores




Substituição de variadores mecânicos;

Substituição de variadores eletro-magnéticos;

Automatização e flexibilização dos processos fabris;

Comunicação avançada e aquisição de dados;

Eliminação de elementos de partida pesada e complicada;

Instalação mais simples;

Aumento da vida útil do maquinário;

Evita choques mecânicos (trancos) na partida;

Redução do nível de ruído;

Excelente regulação de pressão e vazão;

Economia de energia ( demanda e consumo).


Nos dias atuais, 51% da energia elétrica gasta na industria é usada para alimentar os motores.Podemos então ver a importância de se dimensionar corretamente nossos motores e de reduzir ao máximo a potência consumida otimizando os meios de controle e de processo.

Como especificar um inversor
1. Potencia e tensão do motor
2. Tipo de máquina ( ventilador , bomba , esteira , elevador , )
3. Ciclo de trabalho da máquina ( tempo para partir , rodar e parar )
4. Quantidade de operações por hora ( ou minutos , ou dias )
5. Tempo de aceleração e desaceleração
6. Inércia da máquina
7. Velocidade mínima e máxima
8. Comando de 2 fios ou 3 fios
9. Referencia de velocidade ( rede , sinal analógico , velocidade pre-selecionada , “step – logic” ,
velocidade fixa abaixo de 60 Hz , potenciometro )
10. Acionará acima de 60 Hz ?
11. Tipo de parada ( inercia , rampa , frenagem CC )
12. Resistor de frenagem ? Dimensionar ohms e watts .
13. Temperatura ambiente
14. Usará contator na entrada ou na saída ?
15. Comunicação serial ( devicenet , controlnet , ethernet , DF1, RS485 , )
16. Ruído eletromagnético ( o inversor tem marca CE , tem filtros externos )
17. Harmónicos ( analisar o impacto do inversor na instalação elétrica )
18. Instalação elétrica - Aterramento e blindagem de cabos
19. Montagem em painel existente , novo , dentro de gaveta de CCM ?
20. Proteção elétrica ( fusível , disjuntor , nível de curto – circuito )


Instalação de inversores de frequência


REDE DE ALIMENTAÇÃO DESBALANCEADA:  Os inversores são projetados para operar em redes de alimentação simétricas. A tensão entre fase e terra deve ser constante, se por algum motivo esta tensão.

DIFERENÇAS ENTRE INVERSORES ESCALARES E VETORIAIS

varia, por exemplo pela influência de algum outro equipamento ligado a rede, será necessário colocar um
transformador de isolação.

FUSÌVEIS: Os inversores geralmente não possuem proteção contra curto-circuito na entrada, sendo assim, é responsabilidade do usuário colocar fusíveis para proteção. Estes são normalmente especificados na
documentação técnica.

CONDICIONAMENTO DA REDE DE ALIMENTAÇÃO: Geralmente os inversores podem ser ligados
diretamente a rede de alimentação. Existem, no entanto, certas condições que devem ser levadas em
conta na instalação de um inversor, sendo necessária a utilização de transformadores isoladores e/ou
reatâncias de rede.

FILTRO DE RÁDIO FREQUÊNCIA: Os filtros de rádio freqüência são utilizados na entrada
dos inversores para filtrar sinais de interferência (ruído elétrico) gerado pelo próprio inversor, que serão
transmitidas pela rede e poderiam causar problemas em outros equipamentos eletrônicos.
Na grande maioria dos casos não são necessários pois os inversores já possuem internamente um filtro
na entrada que evita problemas causados por Interferência Eletromagnética (EMI). Caso seja
necessário, devem ser montados próximos a alimentação do inversor, estando tanto o inversor como
o filtro mecanicamente sobre uma placa de montagem metálica aterrada, havendo bom contato elétrico entre a chapa e os gabinetes do filtro e inversor.

Todo equipamento que gera ondas EMI (exemplo: transistores chaveando cargas a alta freqüência e com
altas correntes – inversores) devem possuir blindagem eletromagnética e esta deve estar corretamente
aterrada. Principalmente quando são utilizados em conjunto com outros equipamentos eletrônicos.

CONTATORES: Com a finalidade de prevenir a partida automática do motor depois de uma interrupção de energia, é necessário colocar um contator na alimentação do inversor ou realizar algum intertravamento no comando do mesmo. O contador também permite um seccionamento remoto da rede elétrica que alimenta o inversor.

ATERRAMENTO E BLINDAGEM: O aterramento de um equipamento é de extrema importância para o seu correto funcionamento, devido a segurança e a blindagem eletromagnética. Todas as partes condutoras de um equipamento elétrico que podem entrar em contato com o usuário, devem ser aterradas para proteger os mesmos de possíveis descargas elétricas. Quando um equipamento está corretamente aterrado, todas as partes condutoras que podem entrar em contato com o usuário tem que ter uma diferença de potencial de zero volts a respeito do aterramento.
A blindagem dos equipamentos é realizada normalmente com placas metálicas formando um
gabinete ou caixa. Estas devem estar ligadas umas as outras através de materiais condutores e todas
corretamente aterradas.


CABOS: Os sinais elétricos transmitidos pelos cabos podem emitir radiação eletromagnética e também
podem absorver radiação (se comportam como antenas) provocando falsos sinais que prejudicarão o
funcionamento do equipamento. É assim que existem cabos especiais com blindagem para minimizar este
tipo de interferências.
Os inversores possuem boa imunidade a interferência eletromagnética externa. É necessário porém seguir estritamente as instruções de instalação (ex.: o gabinete precisa ser aterrado). Se perto do equipamento houver contatores, será necessário instalar supressores de transientes nas bobinas dos contadores.


O cabo de conexão do inversor com o motor é uma das fontes mais importantes de emissão de radiação
eletromagnética. Sendo assim é necessário seguir os seguintes procedimentos de instalação:
  - Cabo com blindagem e fio-terra, como alternativa pode ser usado eletroduto metálico com fiação comum interna.
- Blindagem ou eletroduto metálico deve ser aterrado. 
- Separar dos cabos de sinal, controle e cabos de alimentação de equipamentos sensíveis instalados entre conversor e o motor.
- Manter sempre continuidade elétrica de blindagem, mesmo que contatores ou relés térmicos sejam instalados entre o inversor e o motor. 

Método de instalação apropriada de inversores de frequência

 

Montagem típica em placa metálica


RELES TÉRMICOS: Os inversores possuem normalmente proteção contra sobrecorrentes que tem como finalidade proteger o motor. Quando mais de um motor é acionado pelo mesmo inversor será necessário colocar um relé térmico de proteção em cada motor. Como o sinal de saída do inversor é chaveado a altas freqüências, podem acontecer disparos nos relés, mesmo sem estes terem atingido a corrente nominal de disparo. Para isto não acontecer é necessário aumentar a corrente de disparo do relé em aproximadamente 10% da corrente nominal do motor.

REATÂNCIA DE SAÍDA: Quando a distância entre motor e inversor é grande (valor dependente do tipo de motor utilizado) podem ocorrer:


A - Sobretensões no motor produzidas por um fenômeno chamado de onda refletida.
B - Geração de capacitâncias entre os cabos de potência que retornam para o inversor produzindo o efeito de “fuga a terra”, bloqueando o inversor.
Este tipo de problemas pode ser solucionado utilizando uma reatância entre o motor e o inversor. Esta
reatância devem ser projetada especialmente para altas freqüências, pois os sinais de saída do inversor
possuem freqüências de até 20 kHz.

Métodos de controle dos inversores de frequência

CONTROLE ESCALAR: Em linhas gerais, podemos dizer que os inversores escalares baseiam-se em equações de regime permanente. A lógica de controle utilizada é a manutenção da relação V/F constante. Apresentam um desempenho dinâmico limitado e 
usualmente são empregados em tarefas simples, como o controle da partida e da parada e a manutenção da velocidade em um valor constante (regulação).

CONTROLE VETORIAL: A lógica de controle empregada baseia-se em equações dinâmicas do motor. Assim, embora a programação de controle seja mais complexa do que aquela
correspondente ao controle escalar, o desempenho dinâmico é bem superior a este. A idéia central é promover o desacoplamento entre o controle do fluxo e o controle da velocidade por meio de transformações de variáveis. Com esta técnica de controle, os inversores podem ser empregados em tarefas complexas, que exijam grande precisão e dinâmicas rápidas do ponto de vista de controle. Os inversores Vetoriais podem ser divididos em duas categorias: aqueles que utilizam a realimentação física da velocidade, obtida de dispositivos transdutores, e aqueles que não empregam a realimentação física da velocidade, fazendo uso de estimadores de velocidade. A realimentação ou "Feedback", permite "enxergar"
o movimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade e o torque com alta precisão mesmo em velocidades muito pequenas, próximas de zero. A realimentação da velocidade é realizada utilizando um gerador de pulsos, conhecido com "Encoder". Alguns equipamentos permitem a utilização dos dois modos, sendo necessário uma placa opcional para a operação de malha fechada. A operação sem a realimentação da velocidade é também conhecida como "Sensorless". Nesse caso, o algoritmo de controle torna-se mais complexo pois o inversor deve calcular através de artifícios matemáticos a velocidade do motor. A operação sem realimentação possui performance inferior à operação com
realimentação. Os Inversores Vetoriais necessitam da programação de todos os parâmetros do motor como, resistências elétricas, indutâncias, correntes nominais do rotor e estator, dados esses normalmente não encontrados com facilidade. Para facilitar o set-up, alguns inversores dispõem de sistemas de ajustes automáticos também conhecidos como "Auto-tunning", não sendo necessário a pesquisa de dados sobre o motor.

A principal diferença entre os inversores Escalares e os Vetoriais deve-se a capacidade dos inversores vetoriais imporem o torque necessário ao motor, de forma precisa e rápida permitindo uma elevada velocidade de resposta dinâmica a variações bruscas de carga.
Os Invesores Escalares apresentam uma resposta dinâmica bem mais lenta, demorando mais para reagir a qualquer alteração de velocidade ocorrida ou solicitada.

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