ABINEE TEC 2007 FLUXO ÓTIMO APLICADO A INVERSORES DE FREQÜÊNCIA PARA ECONOMIA DE ENERGIA. Norton Petry Gerente de Desenvolvimento WEG Automação

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1 ABINEE TEC APLICADO A INVERSORES DE FREQÜÊNCIA PARA ECONOMIA DE ENERGIA Norton Petry Gerente de Desenvolvimento WEG Automação

2 Minimização de perdas em motores de indução operando em baixas rotações Função patenteada e implementada na nova geração de inversores CFW11

3 INVERSOR DE FREQÜÊNCIA O CFW-11 VEM COMPLETO, PRONTO PARA PLUG-AND-PLAY PARA A MAIORIA DAS APLICAÇÕES INDUSTRIAIS a 45 kw V e V Potências / tensões mais altas em desenvolvimento (até 2000 kw / 690 V) MEC D MEC C MEC B MEC A

4 ABINEE TEC INVERSOR DE FREQÜÊNCIA CONCEITO AMPLO DE PLUG-AND-PLAY PARA POTÊNCIA E CONTROLE Conexões de orça eitas diretamente à alimentação da linha, sem necessidade de iltros ou reatância Memory Card SLOT3 Frenagem dinâmica incorporada SLOT1 SLOT2 Ampla aixa de operação de SLOT4 temperatura sem redução de corrente (-10 50ºC) Start-up Orientado guiando o usuário através da programação necessária

5 INVERSOR DE FREQÜÊNCIA CONCEITO AMPLO DE PLUG-AND-PLAY PARA POTÊNCIA E CONTROLE Acessórios de controle (como expansão de E/S, interaces de comunicação e encoder) são acilmente instalados e automaticamente conigurados Conexão USB com o PC, executando sotware SUPERDRIVE (em ambiente WINDOWS), para programação, monitoração e diagnóstico IHM possui display gráico, backlight e teclas sot-keys para ácil operação (tipo teleone celular) Ajuste automático tico para o modo de controle vetorial

6 POSSIBILIDADES DE MONTAGEM Dissipador através s da placa de montagem Superície - IP21/IP20 Proteção IP54 Flange

7 POSSIBILIDADES DE MONTAGEM Montagem lado a lado (IP20) sem espaçamento: amento: painéis is mais compactos Remova a tampa superior IP20

8 POSSIBILIDADES DE MONTAGEM IP21 / Nema 1 / IP20 com kit eletroduto

9 INTERFACE HOMEM-MÁQUINA Display gráico Sot keys para ácil operação Start-up orientado Backlight Seleção de idiomas Função Copy Plug-in IHM Remota (IP56) Relógio em Tempo Real (RTC) Sot-key esquerda Sot-key direita

10 SOFTWARE Sotware SUPERDRIVE (WINDOWS) Programação ão, comando e monitoração Conexão USB Lê parametros do drive Escreve parametros no drive Conexão USB Função Trace / Scope Documentação da aplicação

11 SOFTWARE SOFT-CLP IEC SOFTWARE DE PROGRAMAÇÃO O usuário pode criar seu próprio prio sotware de aplicação e azer o download para o CFW-11 padrão via porta USB Conexão USB

12 CARACTERÍSTICAS Operação normal ou severa adaptando-se a qualquer tipo de carga: Normal Duty 1.1 x I 50ºC 1.5 x I 50ºC Heavy Duty 1.5 x I 50ºC 2.0 x I 50ºC Controle automático tico do ventilador do dissipador, com sensor de velocidade (proteção adicional) e acilmente destacável para limpeza e reposição Possibilidade de conexão em rede IT

13 FUNÇÕES DE DIAGNÓSTICO Alarmes permitem que o usuário entre em ação a antes da máquina m parar Os últimos 10 erros podem ser vistos com a data/hora individualmente O conteúdo de variáveis veis importantes no instante que o último erro aconteceu (como velocidade, corrente, tensão, etc...) podem ser visualizados Alarmes e erros são precisamente deinidos para acilitar a identiicação das alhas Função TRACE utilizando um PC

14 OBJETIVOS Minimizar as perdas totais do motor de indução triásico Determinar uma curva de luxo que minimize as perdas totais do motor em unção da requência. Tornar o motor apto a ornecer torque constante nas reqüências baixas de operação ão, evitando sobredimensionamento e/ou uso de ventilação independente CURVAS DE DERATING 1.05 [TR] - Torque Aplicável (p.u.) [/n] - Freqüência (p.u.) MOTOR COM VENTILAÇÃO INDEPENDENTE MOTOR AUTO-VENTILADO

15 OBJETIVOS Minimizar as perdas totais do motor de indução triásico Determinar uma curva de luxo que minimize as perdas totais do motor em unção da requência. Tornar o motor apto a ornecer torque constante nas baixas de reqüências de operação ão, evitando sobredimensionamento e/ou uso de ventilação independente CURVAS DE DERATING 1.05 [TR] - Torque Aplicável (p.u.) [/n] - Freqüência (p.u.) MOTOR COM VENTILAÇÃO INDEPENDENTE MOTOR AUTO-VENTILADO

16 VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DO MOTOR DE INDUÇÃO Velocidade: n = (1 p s) Torque: T = k1.φ m. I 2 Fluxo: φ m E φ m = k 2. V = I0 I2 I +

17 VARIAÇÃO DE VELOCIDADE DO MOTOR DE INDUÇÃO Velocidade: n = (1 p s) Tensão Torque: T = k1.φ m. I 2 Torque Fluxo: φ m = k 2. V 1 1 Potência

18 AS PERDAS DO MOTOR: p = p i + p e + p m p i Perdas que dependem da corrente. Perdas Joule no enrolamento do estator e nas barras do rotor. p i I 2 p e Perdas que dependem da indução magnética, reqüência e qualidade do material erromagnético. Perdas no erro. p e B x y φ x m x E p m Perdas que dependem da rotação. Perdas mecânicas por atrito e ventilação. p m n 3 3

19 Perdas no erro Perdas devido à corrente total OBS.: valores por unidade E p E p k k E k k p p n F H n i n i m T in = CÁLCULO DAS PERDAS GLOBAIS DO MOTOR DE INDU LCULO DAS PERDAS GLOBAIS DO MOTOR DE INDUÇÃO ÃO p = p i + p e + p m FLUXO TIMO ; 0 0 n n i I I k = ; 0 x i E k = 3 k m = T k Fator de atenuação do torque

20 2 4 F n 4 H n 2 i0 2 i0n 2 2 m 2 T in E p E p k k E k k p p = FLUXO TIMO

21 PERDAS TOTAIS X FREQÜÊNCIA Para dierentes valores de V/ Perdas Totais (p.u.) Freqüência (p.u.)

22 CURVA V/ X FREQÜÊNCIA Para minimização das perdas totais 1,35 V/ = 0.509* * * ,30 1,25 V/ [p.u.] 1,20 1,15 V/ = -0.31* ,10 1,05 1,00 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Freqüencia [p.u.]

23 RESULTADOS EXPERIMENTAIS Motor 40 cv 4 pólos 1,60 1,50 1,40 V/ Otimizado (cálculo) V/ Constante (cálculo) V/ Otimizado (ensaio) Perdas Totais [p.u.] 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Freqüência [p.u.]

24 IMPLEMENTAÇÃO E VALIDAÇÃO DA CURVA DE RESULTADOS DE ENSAIOS DE ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA S1 (K) Motores Alto Rendimento -4 pólos Fonte Freq. operação Fluxo 5 cv 20 cv 50 cv 150 cv Rede Conversor 60 Hz senoidal 60 Hz 15 Hz 10 Hz 5 Hz constante constante ótimo constante ótimo constante ótimo constante ótimo

25 RESULTADO CURVAS DE REDUÇÃO DE TORQUE 1,10 1,00 [T R ] - Torque aplicável (p.u.) 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 [/n] - Freqüência (p.u.) Fluxo ótimo (105 K) Fluxo ótimo (80 K) Fluxo constante (105 K) Fluxo constante (80 K)

26 CONCLUSÕES Foram determinadas relações de luxo magnético que, em unção da reqüência de operação ão, minimizam as perdas totais dos motores de indução alimentados por conversores estáticos ticos de reqüência Os resultados de ensaios com luxo ótimo validaram a técnica desenvolvida para minimização das perdas do motor A curva de luxo ótimo oi implementada no CFW11 - produto com patente requerida - possibilitando a automatização do recurso Economia de energia - sobredimensionamento do motor e ventilação independente desnecessários em aplicações com cargas de torque constante em baixas reqüências

27 MUITO OBRIGADO! Norton Petry

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