CENTRO DE UNIVERSITÁRIO DE ARARAQUARA

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1 CENTRO DE UNIVERSITÁRIO DE ARARAQUARA Inversor de frequência Grupo: Energe Introdução FEC Uniara Eng. Elétrica O presente trabalho abordará sobre inversor de frequência, um dispositivo capaz de gerar uma tensão de baixo custo, tendo como principal finalidade fazer o controle de torque e velocidade de um motor de indução trifásico, gerando economia de energia elétrica para indústria. Será apresentado conceito da variação de velocidade e conversão de energia AC/DC utilizando transistores, no qual será possível acionar um motor elétrico trifásico de indução com alimentação de rede monofásica e eliminar os picos de corrente na partida dos motores elétricos de indução. Funcionamento Ausência de escovas comutadoras; Ausência de faiscamento; Baixo ruído elétrico; Custo inferior; Velocidade de rotação superior. Essas vantagens levaram a indústria a desenvolver um sistema capaz de controlar a potência (velocidade + torque) de um motor AC. Conforme fórmula: N = 120.f / P Onde: N = rotação em rpm. f = frequência da rede, em Hz. P = número de polos. Podemos entender que a velocidade de rotação de um motor AC depende da frequência da rede de alimentação. Quanto maior for à frequência, maior a rotação e vice-versa. Monofásico. A primeira etapa é o módulo de retificação e filtragem, que gera uma tensão DC fixa (barramento DC) e que alimenta 4 transistores IGBTs. Imaginem agora que o circuito da lógica de controle ligue os transistores 2 a 2 na seguinte ordem: primeiro tempo transistores T1 e T4 ligados, e T3 e T2 desligados.

2 Nesse caso, a corrente circula no sentido de A para B (fig.5); segundo tempotransistores T1 e T4 desligados, e T3 e T2 ligados. Nesse caso, a corrente circula no sentido de B para A (fig.6). Ao inverter-se o sentido de corrente, a tensão na carga (motor) passa a ser alternada, mesmo estando conectada a uma fonte DC. Caso aumentemos a frequência de chaveamento desses transistores, também aumentaremos a velocidade de rotação do motor, e vice-versa. Como os transistores operam como chaves (corte e saturação), a forma de onda da tensão de saída do inversor de frequência é sempre quadrada. A lógica de controle agora precisa distribuir os pulsos de disparos pelos 6 IGBTs, de modo a formar uma tensão de saída (embora quadrada), alternada e defasada de 120º uma da outra. Como temos 6 transistores, e devemos ligá-los 3 a 3,

3 temos 8 combinações possíveis, porém apenas 6 serão válidas, conforme veremos a seguir. Na figura 7 representamos os IBGTs como chaves, pois em um inversor é assim que eles funcionam. A lógica de controle proporcionará as seguintes combinações de pulsos para ativar (ligar) os IBGTs: 1º tempo T1, T2, T3 2º tempo T2, T3, T4 3º tempo T3, T4, T5 4º tempo T4, T5, T6 5º tempo T5, T6, T1 6º tempo T6, T1, T2

4 As possibilidades T1, T3, T5, e T4, T6, T2 não são válidas, pois ligam todas as fases do motor no mesmo potencial. Não havendo diferença de potencial, não há energia para movimentar o motor, portanto essa é uma condição proibida para o inversor. Vamos analisar uma das condições, e as restantes serão análogas. No 1º tempo temos T1, T2, T3 ligados e os restantes desligados. O barramento DC possui uma referência central (terra), portanto temos +V/2 e V/2 como estão DC. Para que o motor AC possa funcionar bem, as tensões de linha Vrs, Vst e Vtr devem estar defasadas de 120º. O fato da forma-de-onda ser quadrada e não senoidal (como a rede) não compromete o bom funcionamento do motor. Para esse primeiro tempo de chaveamento, teremos: Vrs = +V/2 V/2 = 0 Vst = +V/2 (-V/2) = + V Vtr = -V/2 V/2 = - V Notem que, quando falamos em Vrs, por exemplo, significa a diferença de potencial entre R (no caso como T1 está ligado é igual a +V/2) e S (+ V/2 também). Analogamente: Vst = + V/2 (-V/2) = + V. Caso façamos as seis condições (tempos) que a lógica de controle estabelece aos IBGTs, teremos a seguinte distribuição de tensões nas 3 fases do motor. Traduzindo essa tabela em um diagrama de tempos, teremos a três formas-de-onda de tensão, conforme mostra a figura 8. Note que as três fases estão defasadas de 120º elétricos, exatamente como a rede elétrica trifásica. Como vimos anteriormente, se variarmos a frequência da tensão de saída no inversor, alteramos na mesma proporção a velocidade de rotação do motor. Normalmente, a faixa de variação de frequência dos inversores fica entre 5 e 300 Hz (aproximadamente). A função do inversor de frequência, entretanto, não é apenas controlar a velocidade de um motor AC. Ele precisa manter o torque (conjugado) constante para não provocar alterações na rotação, quando o motor estiver com carga.

5 Um exemplo clássico desse problema é a máquina operatriz. Imaginem um inverso controlando a velocidade de rotação de uma placa (parte da máquina onde a peça a ser usinada é fixada) de um torno. Quando introduzimos a ferramenta de corte, uma carga mecânica é imposta ao motor, que deve manter a rotação constante. Caso a rotação se altere, a peça pode apresentar um mau acabamento de usinagem. Para que esse torque realmente fique constante, por sua vez, o inversor deve manter a razão V/F constante. Isto é, caso haja mudança de frequência, ele deve mudar (na mesma proporção) a tensão, para que a razão se mantenha, Lista de materiais Bandeja para montagem do projeto Inversor de frequência Canaleta plástica Cantator Fio 2,5mm para potencia Fio 1 mm para comando Arrebite Disjuntor trifásico Borne fusível Borne saque Terminais de compressão Dados Técnicos Inversor Motor Tensão entrada 220V bifásico Velocidade 1150 RPM Tensão Saída 220V trifásico KW 0.55W Corrente 0.5A a 7.5A Corrente 3.45A Frequência 10Hz a 300Hz Frequência 60Hz Necessidade de Infraestrutura -Tomada de alimentação Trifásica para alimentação do inversor e motor Materiais Utilizados -Todos os materiais foram fornecidos pela Empresa Usina Santa FÉ

6 Diagrama Elétrico Escala de trabalho - X FEC UNIARA Eng. Elétrica - Grupo (por o nome do grupo de trabalho) Data... Horário Quinta, 28/08 Sexta, 29/08 Manhã (08:00hs até 12:30hs) Tarde (12:31hs até 18:30hs) Noite (18:31hs até 22:00hs) Tulio Marco Sidnei Giacomelli Josinei Alaminio Jones Carmino Eduardo Andersom Lunardi Fabricio Perego Daniel de Moura Aparecido Rigão Carmino Eduardo Alex Tomazini Fabiano Santori Horário de montagem/desmontagem X FEC Uniara Eng.Elétrica Quarta-feira Montagem 29/08 Sábado Desmontagem 01/09 Noite (19:30hs até 22:00hs) Manhã (10:30hs )