UNIVERSIDADE VALE DO RIO DOCE - UNIVALE FACULDADE DE ENGENHARIA - FAENG CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL

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1 UNIVERSIDADE VALE DO RIO DOCE - UNIVALE FACULDADE DE ENGENHARIA - FAENG CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL CONTROLE DE EIXOS DE MÁQUINAS INDUSTRIAIS UTILIZANDO CLP E INVERSOR DE FREQÜÊNCIA FILIPE ÁTILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO MARCELO ROSÁRIO MAURELINO MENDES GOVERNADOR VALADARES NOVEMBRO DE 2009

2 FILIPE ÁTILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO MARCELO ROSÁRIO MAURELINO MENDES CONTROLE DE EIXOS DE MÁQUINAS INDUSTRIAIS UTILIZANDO CLP E INVERSOR DE FREQÜÊNCIA Monografia apresentada ao curso de Tecnologia em Manutenção Industrial da Universidade Vale do rio Doce - UNIVALE como requisito parcial para obtenção do título de Tecnólogo em Manutenção Industrial, sob a orientação do professor Robson Ferreira. GOVERNADOR VALADARES NOVEMBRO DE 2009

3 FILIPE ÁTILA SANTOS PEREIRA GUTEMBERG BOTELHO MARCELO ROSÁRIO MAURELINO MENDES CONTROLE DE EIXOS DE MÁQUINAS INDUSTRIAIS UTILIZANDO CLP E INVERSOR DE FREQÜÊNCIA COMISSÃO EXAMINADORA Professor: Robson Ferreira (orientador) Professor: Cláudio Humberto (coordenador) Professor(a): GOVERNADOR VALADARES NOVEMBRO DE 2009

4 AGRADECIMENTOS Agradecemos, primeiramente a Deus, nossa fonte de sabedoria e força, aos nossos pais, pelos ensinamentos do que é certo ou errado, a todos nossos familiares que nos apoiou durante o curso e sempre acreditaram em nossa vitória, aos nossos amigos e companheiros de faculdade pelo convívio e experiência trocadas, aos professores pelo ensinamento e dedicação, ao nosso orientador Robson Ferreira por ser exemplo a ser seguido, ao nosso coordenador Claudio Humberto J. de Souza pelo apoio e dedicação ao curso, a empresa Santher (Fábrica de Papel Santa Therezinha) pelo apoio durante o curso como doação e empréstimo de equipamentos para realização dos projetos, a Universidade Vale do Rio Doce onde estamos aprendendo dia após dia como ser um bom profissional.

5 RESUMO A presente monografia tem como objetivo demonstrar que através de um CLP (Controlador Lógico Programável), um Inversor de freqüência e um Motor de Indução Trifásico, várias soluções podem ser desenvolvidas para controle de velocidade, torque e posicionamento de eixos de máquinas industriais. O Controle de eixo de máquinas industriais é de suma importância para o bom desempenho de processos; sendo assim torna-se necessário que se desenvolva várias lógicas de controle utilizando um (ou mais) CLP para executar diversas funções de controle no Inversor de Freqüência de forma a controlar o Motor de Indução, tais como: Controle Vetorial, Controle Escalar, Controle de Torque, Controle de Posicionamento, Controle de Velocidade, Controle com Reversão Automática, Tipos de Frenagens, etc. No projeto, o motor de indução trifásico será acionado e controlado diretamente pelo inversor de freqüência alimentado por uma tensão de 220V trifásico; enquanto que o inversor de freqüência será comandado diretamente pelas saídas digitais do CLP e em algumas demonstrações diretamente pelas suas teclas de controle frontais. No eixo do motor será acoplada uma polia para que o público possa ver a rotação e os movimentos do motor. A programação do Inversor de freqüência será realizada de forma direta pelas suas teclas e display frontal através de parâmetros de controle. Já a programação do CLP será feita através do software de programação WinSup 2 da Empresa Atos, que utiliza a linguagem de programação Ladder.

6 ABSTRACT This thesis aims to demonstrate that through a PLC (Programmable Logic Controller), a frequency inverter and a three phase induction motors, various solutions can be developed to control speed, torque and positioning axes of industrial machinery. The Axis Control of industrial machines is of utmost importance to the performance of processes, thus it is necessary to develop various control logic using one (or more) PLC to perform various control functions in the inverter frequency as control the induction motor, such as: Vector Control, Scale Control, Torque Control, Motion Control, Speed Control, Reversing Automatic Control, brake types, etc.. In the project, the three-phase induction motor is driven and controlled directly by the frequency converter fed by a voltage of 220V three-phase, whereas the frequency inverter is controlled directly by the outputs of the PLC and in some statements directly by their front control keys. The motor shaft is coupled to a pulley so that the public can see the rotation and movement of the motor. The programming of the inverter frequency will be performed directly by its keys and display via front control parameters. Since the programming of the PLC will be done through software programming WinSup 2 Company Atos, which uses the programming language Ladder.

7 RESUMEN Esta tesis pretende demostrar que a través de un PLC (Controlador Lógico Programable), un variador de frecuencia y tres motores de inducción de fase, varias soluciones pueden ser desarrolladas para controlar la velocidad, el par y los ejes de posicionamiento de maquinaria industrial. El control de ejes de máquinas industriales es de suma importancia para el desempeño de los procesos, por lo que es necesario desarrollar la lógica de control diferentes que usa uno (o más) de PLC para realizar varias funciones de control en el inversor de frecuencia como de control del motor de inducción, tales como: control de vectores, Escala de Control, Control de Torque, Motion Control, Control de velocidad, de marcha atrás de Control Automático, los tipos de frenos, etc. En el proyecto, los tres motores de inducción de fase es impulsada y controlada directamente por el convertidor de frecuencia alimentados por una tensión de 220 V en tres fases, mientras que el convertidor de frecuencia está controlada directamente por las salidas del PLC y, en algunos estados directamente por sus teclas de control frontal. El eje del motor está acoplado a una polea para que el público puede ver la rotación y el movimiento del motor. La programación de la frecuencia del inversor se llevará a cabo directamente por sus teclas y la pantalla a través de parámetros de control frontal. Dado que la programación de los PLC se hará a través de la programación de software WinSup 2 Empresa Atos, que utiliza el lenguaje de programación Ladder.

8 SUMÁRIO INTRODUÇÃO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA DEFINIÇÃO PRINCIPAIS EMPRESAS FABRICANTES INVERSORES WEG INVERSORES SIEMENS INVERSORES ABB INVERSORES ALLEN BRADLEY INVERSORES MONOFÁSICOS BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO - CPU INTERFACE HOMEM-MÁQUINA IHM INTERFACES ANALÓGICAS E DIGITAIS CIRCUITO DE POTÊNCIA DIMENSIONAMENTO POTÊNCIA DO INVERSOR: TIPOS DE INVERSORES INVERSOR ESCALAR INVERSOR VETORIAL DE TENSÃO INVERSOR VETORIAL DE FLUXO DIFERENÇAS ENTRE INVERSORES ESCALARES X 22 VETORIAIS DE FLUXO MODELO E FABRICANTE INSTALAÇÃO REDE DE ALIMENTAÇÃO LÉTRICA FUSÍVEIS DE PROTEÇÃO CABOS ATERRAMENTO E BLINDAGEM CONSIDERAÇÕES PARA UM BOM ATERRAMENTO DISPOSITIVOS DE SAÍDA... 27

9 RELÉS TÉRMICOS REATÂNCIA DE SAÍDA CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO CLP EVOLUÇÃO DAS APLICAÇÕES DO CLP VANTAGENS DO CLP ARQUITETURA DO CLP UNIDADES BÁSICAS UNIDADES DE ENTRADA UNIDADE DE ENTRADA DIGITAL TRANSDUTORES DIGITAIS TIPOS DE ENTRADAS DIGITAIS UNIDADE DE ENTRADA ANALÓGICA TRANSDUTORES ANALÓGICOS UNIDADES DE SAÍDA UNIDADE DE SAÍDA DIGITAL ATUADORES DIGITAIS UNIDADE DE SAÍDA ANALÓGICA ATUADORES ANALÓGICOS UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL MEMÓRIA BÁSICA OU FIRMWARE MEMÓRIA DE DADOS MEMÓRIA DE USUÁRIO WATCHDOG TIMER INTERFACE DE PROGRAMAÇÃO INTERFACE HOMEM MÁQUINA PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DO CLP CARACTERÍSTICAS APLICAÇÕES MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO DEFINIÇÃO FUNCIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO UTILIZAÇÃO EFICIENTE DO MIT TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO COM ROTOR BOBINADO E GAIOLA DE 48

10 ESQUILO MOTOR EM GAIOLA DE ESQUILO GAIOLA DE ALUMÍNIO VANTAGENS DA GAIOLA DE ALUMÍNIO VELOCIDADE DO ROTOR CONTROLE DE VELOCIDADE DOS MOTORES DE INDUÇÃO CONTROLE CONTÍNUO DE VELOCIDADE CONTROLE DE EIXOS DESCRITIVO DO PROJETO INTRODUÇÃO DO PROJETO DESENVOLVIMENTO DO PROJETO CONCLUSÕES APÓS APRESENTAÇÃO INVERSOR DE FREQÜÊNCIA POWER FLEX PACOTE FLEXÍVEL E OPÇÕES DE MONTAGEM PARTIDA E OPERAÇÃO SIMPLES SOLUÇÕES VERSÁTEIS DE PROGRAMAÇÃO E DE REDE TABELA DE PARÂMETROS PARA CONTROLE DE EIXOS CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ATOS - MPC A1 / WINSUP FERRAMENTAS DE PROGRAMAÇÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 65

11 10 INTRODUÇÃO A presente monografia tem como objetivo demonstrar a importância do controle de eixos de máquinas industriais, e mostrar que um CLP (Controlador Lógico Programável) em conjunto com um Inversor de Freqüência pode ser utilizado para realizar as devidas funções de controle, já que outros equipamentos também são utilizados para estes fins. Quando falamos em controle de eixos, falamos em: controle de velocidade, controle de posicionamento e controle de torque, que são fatores de extrema importância no ambiente industrial, já que a maioria das máquinas industriais exige variação de velocidade. Para tanto, principia-se no capítulo 1, o estudo sobre o Inversor de Freqüência que é equipamento versátil e dinâmico para controle de velocidade de motores de indução. Este capítulo contém a definição, princípios básicos, funcionamento, aplicações e partes constituintes do Inversor. No capítulo 2, estuda-se sobre o CLP, que é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para armazenar internamente instruções e para implementar funções específicas, tais como: lógica, seqüenciamento, temporização, contagem e aritmética, controlando, por meio de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas ou processos. Este capítulo contém a definição, evolução histórica, funcionamento, aplicações e partes constituintes do CLP. A introdução sobre Motor de Indução Trifásico, Capítulo 3 diz que o motor elétrico é construído de tal maneira que se têm campos magnéticos girantes, e corresponde a 50% da carga elétrica industrial. O Quarto, e último capítulo, são referentes à apresentação da montagem prática do projeto, abordando temas sobre os equipamentos utilizados, já que o trabalho será apresentado também de forma prática. A presente Monografia se encerra com as Considerações Finais, onde serão apresentadas as conclusões decorrentes do projeto e suas aplicações.

12 11 1 INVERSOR DE FREQÜÊNCIA Com a busca por melhores desempenhos e aumento da vida útil de motores, redução da temperatura e corrente de partida, etc., os inversores de freqüência ganharam espaço no mercado de trabalho, visando solucionar as necessidades dos consumidores. 1.1 DEFINIÇÃO O inversor de freqüência, também conhecido como conversor de freqüência, são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede alternada senoidal, em tensão contínua e finalmente convertem esta última, em uma tensão de amplitude e freqüência variáveis. Em poucas palavras são equipamentos de baixo custo para o controle da velocidade de motores de indução trifásicos. Fonte: Wikipédia, a enciclopédia livre. A denominação Inversor ou Conversor é bastante controversa, sendo que alguns fabricantes utilizam Inversor e outros Conversor. O Inversor de Freqüência, tem na sua entrada um bloco retificador, o circuito intermediário composto de um banco de capacitores eletrolíticos e circuitos de filtragem de alta freqüência e finalmente o bloco inversor, ou seja, o inversor na verdade é um bloco composto de transistores IGBT, dentro do conversor. Na indústria, entretanto, ambos os termos são imediatamente reconhecidos, fazendo alusão ao equipamento eletrônico de potência que controla a velocidade ou torque de motores elétricos. Eles são usados em motores elétricos de indução trifásicos para substituir os rústicos sistemas de variação de velocidades mecânicos, tais como polias e variadores hidráulicos, bem como os custosos motores de corrente contínua pelo

13 12 conjunto motor assíncrono e inversor, mais barato, de manutenção mais simples e reposição profusa. Os inversores de freqüência costumam também atuar como dispositivos de proteção para os mais variados problemas de rede elétrica que se pode ocorrer, como desbalanceamento entre fases, sobrecarga, queda de tensão, etc. Normalmente, os conversores são montados em painéis elétricos, sendo um dispositivo utilizado em larga escala na automação industrial. Podem trabalhar em interfaces com computadores, centrais de comando, e conduzir, simultaneamente, dezenas de motores, dependendo do porte e tecnologia do dispositivo PRINCIPAIS EMPRESAS FABRICANTES A seguir exibimos as principais empresas fabricantes do inversor de freqüência junto aos seus principais inversores já lançados no mercado Inversores WEG Os inversores de Freqüência WEG incorporam a mais avançada tecnologia disponível mundialmente para variação de velocidade em motores de indução trifásicos. A figura 1 ilustra o inversor CFW 11 da WEG. Figura 1 - Inversor de Freqüência CFW 11 O manual do Inversor CFW11 está disponível para download no link a seguir:(http://www.weg.net/br/produtos-e-servicos/geral/central-de-downloads/resultado-da-

14 13 Busca/(byURL)/br%7CProdutos-e-Servicos%7CAutomacao%7CDrives%7CInversor-de-Frequencia- CFW-11/(group)/1) Inversores SIEMENS A Família de inversores de freqüência Micromaster 4, foi especialmente desenvolvida pela Siemens enfocando a mais alta qualidade técnica, extrema robustez e ampla flexibilidade de funções. Cada membro da família MM4, que atende a faixa de 0,16 a 350cv, é caracterizado pelo seu manuseio simples: desde a instalação e o comissionamento até o controle da operação. A figura 2 ilustra o inversor Micromaster 440 da Siemens; Figura 2 - Inversor de Freqüência Micromaster 440 O manual do Inversor Micromaster 440 está disponível para download no link a seguir:(http://www.siemens.com.br/templates/v2/templates/templated.aspx?channel=9336) Inversores ABB

15 14 Os inversores de freqüência ABB para maquinaria em geral são fabricados para o sector de produção de maquinaria. Na produção em série, o tempo consumido por unidade é crítico. O inversor de freqüência foi fabricado para ser o inversor mais rápido em termos de instalação, definição de parâmetros e comissionamento. O produto básico foi feito de forma a ser o mais simples de utilizar, no entanto fornecido com elevadas potencialidades. Os inversores de freqüência ABB oferece diversas funcionalidades para satisfazer as necessidades mais exigentes. A figura 3 ilustra o inversor ACS 550 da ABB; Figura 3 - Inversor de Freqüência ACS 550 O manual do Inversor ACS 550 está disponível para download no link a seguir: (http://library.abb.com/global/scot/scot201.nsf/veritydisplay/1cc14075a3a65150c c9a35/$File/PT_ACS550_01_UM_F_screenres.pdf) Inversores ALLEN BRADLEY Como fornece aos usuários um controle potente de velocidade do motor em um projeto compacto com economia de espaço, o inversor PowerFlex 40 CA Allen-

16 15 Bradley é o menor e mais acessível inversor da família PowerFlex. Ideais para controle de velocidade no nível de máquina, estes produtos oferecem versatilidade de aplicação para atender as demandas dos OEMs globais e dos usuários que precisam de flexibilidade, economia de espaço e facilidade de uso. A figura 4 ilustra o inversor Power Flex 40 da ALLEN BRADLEY. Figura 4 - Inversor de Freqüência Power Flex 40 O manual do Inversor Power Flex 40 está disponível para download no link a seguir: ts.hcst?linetitle=powerflex%2040&familytitle=component%20class%20ac%20drives&catego rytitle=drives%20(allen-bradley)&xlanguage=en%20- %20English&CategoryId=2622&FamilyId=3704&passedLangVal=EN%20-%20English INVERSORES MONOFÁSICOS Além dos inversores trifásicos, temos também o Inversor de Freqüência monofásico. Este inversor é alimentado por apenas duas fases ou uma fase e um neutro, fornecendo uma saída trifásica. O inversor monofásico é utilizado em aplicações onde não existe rede trifásica. Geralmente os inversores de freqüência monofásicos são de baixa potência. É importante ressaltar que alguns inversores trifásicos aceitam alimentação com apenas duas fases. O funcionamento do inversor de freqüência monofásico não difere muito do inversor trifásico. A diferença é que na etapa inicial, em vez de ser uma retificação trifásica, é monofásica, utilizando quatro diodos semicondutores em vez de seis.

17 16 A figura 5 ilustra o inversor monofásico ACS140 da ABB: Figura 5 Inversor monofásico ACS140 O manual do Inversor ACS 140 está disponível para download no link a seguir:http://www.abb.com/abblibrary/downloadcenter/?showresultstab=true&browsecategory=9aa C200728&queryText&accessgroup&languagecode&documentkind&update&displayVersion=islatest&c ontent=external 1.2 BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR Para entender o funcionamento de um inversor de freqüência, é necessário, antes de mais nada, saber a função de cada bloco que o constitui. Ele é ligado na rede, podendo ser monofásica ou trifásica, e em sua saída há uma carga que necessita de uma freqüência diferente da rede. Para tanto, o inversor tem como primeiro estágio, um circuito retificador, responsável por transformar a tensão alternada em contínua, após isso a um segundo estágio capaz de realizar o inverso, ou seja, de CC para CA (conversor), e com a freqüência desejada pela carga. A figura 6 ilustra o diagrama de blocos do inversor de freqüência:

18 17 Figura 6: diagrama de blocos do inversor de freqüência: UNIDADE CENTRAL DE PROCESSAMENTO - CPU O bloco da CPU, de um inversor de freqüência pode ser formado por um micro processador ou por um micro controlador (PLC). Isso depende apenas do fabricante. De qualquer forma, é nesse bloco que todas as informações (parâmetros e dados do sistema) estão armazenadas, visto que também uma memória está integrada a esse conjunto. A CPU não apenas armazena os dados e parâmetros relativos aos equipamentos, como também executa a função mais vital para o funcionamento do inversor: Geração dos pulsos de disparo, através de uma lógica de controle coerente, para os IGBT s INTERFACE HOMEM MÁQUINA - IHM O bloco da IHM é um dispositivo que nos permite visualizar o que está ocorrendo no inversor através do seu display de LCD, e parametrizá-lo de acordo com a aplicação desejada através de suas teclas de programação INTERFACES ANALÓGICAS E DIGITAIS

19 18 Os inversores podem ser comandados através de dois tipos de sinais: Analógicos ou digitais. Normalmente, quando queremos controlar a velocidade de rotação de um motor AC no inversor, utilizamos uma tensão analógica de comando. Essa tensão se situa entre 0 á 10 Vcc. A velocidade de rotação (RPM) será proporcional ao seu valor, por exemplo: 1 Vcc = 1000 RPM, 2Vcc = 2000 RPM. Para inverter o sentido de rotação basta inverter a polaridade do sinal analógico (de 0 á 10 Vcc sentido horário, e 10 á 0 Vcc sentido anti-horário). Esse é o sistema mais utilizados em máquinas-ferramenta automáticas, sendo que a tensão analógica de controle é proveniente do controle numérico computadorizado (CNC). Além da interface analógica, o inversor possui entradas digitais. Através de um parâmetro de programação, podemos selecionar qual entrada é válida (Analógica ou digital) CIRCUITO DE POTÊNCIA A etapa de potência é constituída por um circuito retificador, que alimenta (através de um circuito intermediário chamado barramento DC ). Neste circuito retificador é utilizado o semicondutor chamado IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) que é o Transistor Bipolar de Porta Isolada, freqüentemente utilizado como uma chave, alternando os estados de condução (On-state) e corte (Off-state) os quais são controlados pela tensão de porta. 1.3 DIMENSIONAMENTO DE INVERSORES Para a escolha do inversor devemos saber: o modelo, o tipo e a potência do inversor de acordo com a necessidade de utilização do mesmo, bem como a potência do motor a ser controlado POTÊNCIA DO INVERSOR

20 19 Para calcularmos a potência do inversor, temos que saber qual o motor (e qual carga) ele acionará. Normalmente a potência dos motores é dada em CV ou HP. Basta fazer a conversão em watts, por exemplo: Rede elétrica = 380Vca Motor = 1 HP Aplicação = Exaustor industrial Cálculos: 1HP = 746W. Portanto, como a rede elétrica é de 380Vca e os inversores (normalmente) possuem fator de potência igual a 0,8 (cosφ = 0,80), teremos: I = Corrente do inversor P = Potência em Watts Tensão na rede cosφ I = 746 / (380 x 0,8) = 2,45 A Tensão de entrada = 380 Vca (arredondando 2,45 para cima) TIPOS DE INVERSORES A maioria dos inversores utilizados é do tipo escalar (ou seja, só controlam a velocidade e não o torque, por isso são mais baratos). Só utilizamos o tipo vetorial em duas ocasiões: Extrema precisão de rotação, torque elevado para rotação baixa ou zero (guindastes, pontes rolantes, elevadores, etc) Inversor Escalar Em linhas gerais, podemos dizer que os inversores escalares são fontes de alimentação com valores de tensão/freqüência pré-determinados dentro de toda a faixa de variação de velocidade, como apresentado no gráfico da figura 7.

21 20 Figura 7- Gráfico do Inversor Escalar Existem curvas V/F prontas, destinadas a aplicações mais comuns, como curvas quadráticas para bombas e ventiladores e curvas com alto torque de partida. Também existe a possibilidade de programação dos valores da curva V/F possibilitando a sua adaptação a cargas especiais. Considerando-se que o torque no eixo do motor é proporcional à relação V/F, os inversores escalares irão disponibilizar ao motor torques pré-determinados, não compensando as necessidades de torques adicionais requeridas por determinadas aplicações. A compensação de torque principalmente em baixas rotações é normalmente realizada através da programação da curva V/F. Se elevarmos o valor da relação V/F, elevando-se, portanto a disponibilidade de torque no motor. Tal efeito é normalmente denominado de Reforço de Torque para baixas rotações, ou Torque Boost em inglês Inversor Vetorial de Tensão Nos controles vetoriais de tensão, a tensão no motor é calculada pelo programa do inversor e compensa em parte os conjugados no rotor. Umas das técnicas de fazer o controle vetorial de tensão é manter o escorregamento constante. Esse controle melhora a eficiência do motor pois ele trabalha com tensões menores quando o conjugado é menor que o nominal, comparado-se com inversores escalares.

22 21 Alguns inversores escalares possuem um algoritmo incorporado ao software o qual aumenta a tensão independentemente da freqüência, de forma a compensar "em parte" as solicitações de torque do motor, este sistema é normalmente denominado de Controle Vetorial da Tensão. Apesar da Curva V/F ser pré-fixada, os inversores escalares dispõem de funções adicionais capazes de influir sobre a curva V/F, hora sobre o valor da tensão, hora sobre o valor da freqüência, proporcionando melhor performance do motor. Funções como a de compensação de Escorregamento, aumentam a freqüência de saída na mesma proporção da elevação de corrente de motor, acima da corrente de vazio, compensando a queda de velocidade devido ao escorregamento. Funções como a de Economia de Energia, reduzem a tensão de saída do inversor quando a carga é reduzida melhorando a eficiência do motor e economizando energia elétrica Inversor Vetorial de Fluxo Os inversores com controle vetorial de fluxo mantêm o fluxo magnético no motor constante. Diferente do controle vetorial de tensão em que o conjugado é controlado pelo escorregamento, o campo é diretamente proporcional ao conjugado no rotor. Os Inversores Vetoriais de Fluxo produzem uma saída trifásica com tensão(v) e freqüência (F) controladas independentemente, não seguindo uma curva V/F pré fixada. A idéia é manter o fluxo magnético do motor constante e controlar diretamente o torque do eixo do motor controlando-se a corrente rotórica do mesmo. Os Inversores Vetoriais de Fluxo possuem dois controladores, um controla a corrente de magnetização e o outro a corrente do motor. O torque no motor será imposto e controlado diretamente, ao contrário dos Inversores Escalares onde o torque é conseqüência do escorregamento do motor. Os inversores Vetoriais de Fluxo estão divididos em duas categorias: com e sem realimentação. A realimentação ou "Feedback", permite "enxergar" o

23 22 movimento do eixo do motor possibilitando controlar a velocidade com alta precisão e também o torque em velocidade zero. A operação com realimentação é também conhecida como controle de malha fechada e sem realimentação como controle de malha aberta. A realimentação é realizada utilizando um gerador de pulsos, também conhecido com "Encoder". Alguns equipamentos permitem a utilização dos dois modos, sendo necessário uma placa opcional para a operação de malha fechada. A operação de malha aberta, ou sem realimentação 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 real e o escorregamento do motor. A operação sem realimentação possui performance inferior à operação com realimentação. Os Inversores Vetoriais de Fluxo 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 Inversores Escalares x Vetoriais de Fluxo A principal diferença entre os inversores Escalares e Vetoriais de Fluxo deve-se a capacidade dos inversores vetoriais de fluxo de imporem o torque necessário ao motor, de forma precisa e rápida permitindo uma elevada velocidade de resposta dinâmica a variações bruscas de carga. Com Inversores Escalares é necessária a queda de velocidade para aumento do torque, ou seja, o torque produzido no motor é proporcional ao escorregamento. Nos inversores Vetoriais de Fluxo não existe praticamente redução de velocidade para aumento do torque, visto que o inversor irá impor uma tensão e uma freqüência adequada para compensar a queda de velocidade e impor o torque necessário à carga. Em algumas aplicações é necessário que o motor trabalhe com folga de tensão visto que os inversores vetoriais de fluxo impõem o torque elevando a tensão sobre o motor. Caso a velocidade de trabalho seja a nominal e a regulação

24 23 seja crítica, é necessário utilizar um motor com tensão nominal menor que a rede, como forma de obter-se a folga necessária para a regulação MODELO E FABRICANTE Para escolher o modelo, basta consultarmos os catálogos dos fabricantes, ou procurar um que atenda as seguintes características mínimas como no caso do exemplo abaixo: Tensão de entrada = 380 Vca Tipo = escalar Quanto ao fabricante o preço deve determinar a escolha. Os mais encontrados nas indústrias são : Siemens, Weg, YasKawa, ABB, Allen Bradley, GE (Fanuc), etc. 1.4 INSTALAÇÃO Este tópico tem como objetivo apresentar os componentes e informações gerais necessárias para a instalação de um inversor de freqüência. A utilização de cada componente dependerá de cada caso particular REDE DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA 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 varia, por exemplo, pela influência de algum outro equipamento ligado a rede, será necessário colocar um transformador de isolação FUSÍVEIS DE PROTEÇÃO

25 24 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 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 WEG 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 um 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; Manter sempre continuidade elétrica de blindagem, mesmo que contatores ou relés térmicos sejam instalados entre conversor e o motor. Já os Cabos de Sinal e Controle devem ter os seguintes procedimentos: Cabo blindado aterrado ou eletroduto metálico aterrado; Separação da fiação de potência; Caso necessário, cruzamento de cabos fazê-lo a 90º; Caso necessário seguirem na mesma canaleta, usar separador metálico aterrado ATERRAMENTO E BLINDAGEM

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