2.2_Inversores de Frequência

7/23/2019 2.2_Inversores de Frequncia

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Inversores de frequncia

Controle automtico de mquinasCurso tecnolgico de Sistemas Eltricos

Campus Campos IFFProf. Eng. arcelo cordeiro Soares


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Inversores de Frequncia Descrio doFuncionamento.

!m inversor de frequncia um dispositivo capa" de

gerar uma tens#o efrequncia trifsicas a$ustveis% com a finalidade de

controlar a velocidade de um motorde induo trifsico.

' figura a(ai)o% mostra resumidamente o diagrama em(locos de um inversor defrequncia escalar*


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Seo Retificadora (Converter Section) +s seisdiodos retificadores situados

no circuito de entrada do inversor% retificam a tens#otrifsica da rede de entrada ,-% -/e -01. ' tens#o 2C resultante filtrada pelo capacitor C

e utili"ada como entrada paraa Seo Inversora.


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Seo Inversora (Inverter) 3a seo inversora% atens#o retificada 2C

novamente convertida em 4rifsica 'C. +stransistores c5aveiam vrias ve"es por ciclo%

gerando um trem de pulsos com largura varivelsenoidalmente ,P61. Esta sa7da de

tens#o pulsada% sendo aplicada em um motor ,cargaindutiva1% ir gerar uma forma de

onda de corrente (em pr)ima da senoidal atravs doenrolamento do motor.


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's formas de onda e / nos grficos a(ai)o%mostram as formas de onda para as

fases e / ,duas das trs que ser#oaplicadas ao motor1. +s pulsos gerados pelo

/Circuito de Controle (Control Circuit) s#oenviados para as (ases dos transistores de

c5aveamento atravs do circuito de aseDriver.


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Estes sinais pulsantes% provocar#o oc5aveamento dos transistores de potncia da Seo

Inversora. 3os inversores maismodernos% a configurao a mesma% a 8nica

diferen&a que s#o utili"ados I9:4;s aoinvs de transistores (ipolares.

' forma de onda 0 no grfico a(ai)o a somatrialgica das fases de sa7da

e /. + valor mdio da tens#o aplicada% se apro)imada senoidal% provocando% como $

dito acima% uma corrente senoidal pelo enrolamentodo motor.


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!roteo contra Surto (Sur"e !rotection)Essa proteo tem a funo de

a(sorver surtos ,picos1 de tens#o transitrios quepodem c5egar at o inversor pela rede

de alimentao e s#o intalados nas trs fases deentrada.


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!rote#es do Inversor (Inverter !rotection)Este circuito monitora as

condi&


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ase Driver Esta seo amplifica e isola ossinais que s#o gerados pelo

Circuito de Controle ,Control Circuit1 e fa"em ostrans7stores operarem de acordo

com o esquema de c5aveamento apropriado.Circuito de %uto oost ,%uto oost Circuit1 Este circuito detecta as

condi&


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Controle &ocal'!ainel de !ro"ramao ,&ocalControl'!ro"ramin" !anel1=

Este painel fornece um meio prtico e rpido

para se programar a operao do inversor.3ele tam(m podem ser visuali"adas ascondi&


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Circuito de Controles ternos ,ternal I'*1 Este circuito prov ao

circuito de controle uma forma de comunicar=secom o restante da mquina% tantorece(endo como fornecendo sinais% comovelocidade dese$ada% sentido de rotao%

acelerao% desacelarao% partida% parada%

frenagem% etc.


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Circuito de Controle ,Control Circuit1 + circuitode controle na realidade

o cre(ro do inversor% pois ele o responsvel por

rece(er todas as informa&


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. Ele rece(e a referncia de velocidade ecomandos de operao da interface

de Controle &ocal ou atravs de sinaise)ternos ,ternal I'*1. Estescomandos s#o utili"ados para determinar a

frequncia e a tens#o de sa7da%alm do sentido de rotao do motor@


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/. + circuito gera os comandos ,pulsos1 que s#oin$etados no circuito de ase

Driver% que isola=os e amplifica=os% in$etando os naetapa de potncia@

0. 'ps a anlise dos sinais rece(idos dos demaiscircuitos% o mesmo gera

sinais de sa7da para a interface de Controle &ocal epara os circuitos de

controle e)terno ,ternal I'*1% para indicarnormalmente% as condi&


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A. Em caso de rece(er algum sinal defuncionamento anormal do circuito de

!roteo do Inversor ,Inverter !rotection1% ele

imediatamente% corta ospulsos de disparo% desarmando o inversor e

sinali"ando a situao atravs dainterface de Controle &ocal e dos circuitos de

Controle terno ,ternalI'*1.


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Como visto na apostila anterior% podemosconsiderar o inversor de frequncia

como uma fonte de tens#o alternada de frequnciavarivel. Claro que isso uma

apro)imao grosseira% porm d uma idia pelaqual c5amamos um acionamento C'%de Binversor de frequncia .

+s circuitos internos de um inversor s#o (emdiferentes de um acionamento CC

,conversor CC1. ' figura a(ai)o ilustra novamenteum diagrama simplificado dos

principais (locos.


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' primeira etapa do circuito formada por uma ponteretificadora ,onda

completa1 trifsica% e dois capacitores de filtro. Essecircuito forma uma fonte 2C

simtrica% pois 5 um ponto de terra como referncia.4emos ent#o uma tens#o continua

D / ,positiva1 e% uma / ,negativa1 em relao aoterra% formando o que c5amamos

de B(arramento 2C. + (arramento 2C alimenta asegunda etapa% constitu7da de seis

transistores I9:4Gs% e que% atravs de uma lgica decontrole ,terceira etapa1% Hliga edesliga os transistores de modo a alternarem o

sentido de corrente que circula pelomotor.


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'ntes de estudarmos como poss7vel transformaruma tens#o 2C em 'C%

atravs do c5aveamento de transistores em umcircuito trifsico% vamos fa"er uma

HprviaH% em um circuito monofsico. +(servem afigura a(ai)o% e notem que a

estrutura de um inversor trifsico praticamente igualao nosso modelo monofsico. '

primeira etapa o mdulo de retificao e filtragem%que gera uma tens#o 2C fi)a,(arramento 2C1 e que alimenta os transistores

I9:4Gs.


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Imaginem agora que o circuito de lgica decontrole ligue os transistores / a / na

seguinte ordem* Primeiro tempo= transistores 4l e 4A ligados% e40 e 4/ desligados. 3esse

caso% a corrente circula no sentido de ' para :,figura a(ai)o1*


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Segundo tempo= transistores 4 e 4A desligados%

e 40 e 4 / ligados. 3essecaso% a corrente circula no sentido de : para ',figura a(ai)o1.


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'o inverter=se o sentido de corrente% a tens#o nacarga ,motor1 passa a ser

alternada% mesmo estando conectada a uma fonte

2C. Caso aumentemos a frequncia dec5aveamento desses trans7stores% tam(maumentaremos a velocidade de rotao do

motor% e vice=versa. Como os trans7stores operamcomo c5aves ,corte ou saturao1% a

forma de onda de tens#o de sa7da do inversor defrequncia sempre quadrada.


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3aprtica% os trans7stores c5aveiam modulando largura

de pulso ,P61% como visto naapostila passada% afim de se o(ter uma forma de onda

de tens#o mais pr)ima dasenoidal.

?aramente encontramos aplica&


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' maioria dosinversores s#o trifsicos% portanto% fa&amos outra

analogia de funcionamento% tomando

como (ase ainda o inversor trifsico da primeirafigura da apostila. ' lgica de controleagora precisa distri(uir os pulsos de disparos pelos

J I9:4Gs% de modo a formar umatens#o de sa7da ,em(ora quadrada1 alternada e

defasada de /KL uma da outra.


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Como temos J transistores% e devemos lig=los 0 a0% temos M com(ina&


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' lgica de controle proporcionar as seguintescom(ina&


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's possi(ilidades 4l% 40% 4N% e 4A% 4J% 4/ n#os#o vlidas% pois ligam todas as

fases do motor no mesmo potencial. 3#o5avendo diferen&a de potencial% n#o 5 energiapara movimentar o motor% portanto essa uma

condio proi(ida para o inversor.amos analisar uma das condi&


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3o lL tempo temos 4l% 4/% e 40 ligados% e osrestantes desligados. + (arramento

2C possui uma referencia central ,terra1%portanto temos D/% e / como tens#o 2C.

Para que o motor 'C possa funcionar (em% astens


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Para esse primeiro tempo de c5aveamento%teremos*

rs O D/ = / O Kst O D/ = ,=/1 O Dtr O =/ / O =


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3otem que quando falamos em rs% por e)emplo%significa a diferen&a de

potencial entre ? ,no caso como 4l% est ligado igual a D /1 e S , D/ tam(m1.

'nalogamente* st O D/ = ,=/1 O D % e assimpor diante.

Caso fa&amos as seis condi&


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4radu"indo essa ta(ela em um diagrama de

tempos% teremos as trs formas deonda de tens#o% conforme mostra a figura a(ai)o.3otem que as trs fases est#o

defasadas de /KL eltricos% e)atamente como arede eltrica trifsica.


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Curva F

Como vimos anteriormente% se variarmos a frequnciada tens#o de sa7da no

inversor % alteramos na mesma proporo% avelocidade de rotao do motor.

3ormalmente% a fai)a de variao de frequncia dosinversores fica entre K%N e

AKK "% dependendo da marca e modelo. ,+(s* para

tra(al5ar em frequncias muitoaltas% o motor deve ser Bpreparado1.


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' funo do inversor de frequncia% entretanto% n#o apenas controlar a

velocidade de um motor 'C. Ele precisa manter otorque ,con$ugado1 constante para

n#o provocar altera&


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Quando introdu"imos a ferramenta de corte%uma carga mecRnica imposta ao motor% que

deve manter a rotao constante. Caso arotao se altere% a pe&a pode apresentar um

mau aca(amento de usinagem.Para que esse torque realmente fique

constante% por sua ve"% o inversor devemanter a ra"#o F ,4ens#o Frequncia1

constante. Isto % caso 5a$a mudan&a defrequncia% ele deve mudar ,na mesmaproporo1 a tens#o% para que a ra"#o se

manten5a% como por e)emplo*


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F O NK" O 0KK F O J


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Situao * + inversor foi programado paraenviar NK " ao motor% e suacurva F est parametri"ada em J.

'utomaticamente% ele alimenta o motorcom 0KK @

F O JK" O 0JK F O J


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Situao /* + inversor rece(eu uma nova

instruo para mudar de NK "para JK ". 'gora a tens#o passa a ser 0JK e a ra"#o F mantm=se em J.


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'compan5e a curva mostradana figura a(ai)o*


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+ valor de F pode ser programado,parametri"ado1 em um inversor% e seu

valor depender da aplicao.Quando o inversor necessita de um grande

torque% porm n#o atinge velocidademuito alta% atri(u7mos a ele o maior F que o

equipamento puder fornecer% e dessemodo ele ter um mel5or rendimento em (ai)as

velocidades% alm de alto torque.


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T nocaso em que o inversor devaoperar com altas rota&


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as% como o inversor pode mudar a tens#o se ela fi)ada no(arramento 2C%atravs da retificao e filtragem da prpria redeU+ inversor altera a tens#o oriunda do (arramento 2C% atravs da

modula&aopor largura de pulso ,P61.' unidade lgica% alm de distri(uir os pulsos aos I9:4Gs do modo $estudado%tam(m controla o tempo em que cada I9:4 permanece ligado ,ciclo detra(al5o1.


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Quando tem que aumentar %os pulsoss#o Balargados ,maior tempo emK31 Quando tem que diminuir% os pulsoss#o Bestreitados.


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2essa forma% a tens#o efica" entregue aomotor pode ser controlada ,como vistona apostila passada1.' frequncia de P6 tam(m pode serparametri"ada% e geralmente encontraseentre /%N V" e J V".3a medida do poss7vel% devemos dei)a=lpr)ima do limite inferior pois assimdiminu7mos as interfernciaseletromagnticas geradas pelo sistema

,EI1.


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Inversor etorialPodemos classificar os inversores em doistipos* inversores escalares e vetoriais. +sescalares e vetoriais possuem a mesmaestrutura de funcionamento% mas adiferen&a estano modo em que o torque controlado.


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3os inversores escalares% como dissemosanteriormente% a curva F fi)ada

,parametri"ada1% tomando como (ase otipo de regime de tra(al5o em que oinversor iroperar. E)iste porm% uma condiopro(lemtica que $ustamente o pontocr7tico de

qualquer sistema de acionamento 'C* as(ai)as rota&


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3a verdade ele varia tens#o e frequncia%de modo a otimi"ar o torque paraqualquer condio de rotao ,(ai)a ou

alta1. X como se ficssemosparametri"ando acada ms% uma nova curva F para cadanova situao. + inversor vetorial controlaFatravs das correntes de magneti"ao e

rotrica do motor.3ormalmente um tacWmetro% ou umencoder s#o utili"ados como sensores develocidade% formando uma Hmal5afec5adaH de controle de velocidade.E)istem porm

os inversores vetoriais Bsensorless% quen#o utili"am sensores de velocidadee)ternos.Y o que veremos mais para a frente emnosso curso.


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I+S,%&%-* D* I+/RS*RFeito essa pequeno estudo da estruturafuncional do inversor% vamos mostrar comoinstal=lo. ' figura mostra a configurao(sica de instalao de um inversor defrequncia.E)iste uma grande quantidade defa(ricantes% e uma infinidade de aplica&


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Portanto o esquema da figura refere=se >vers#o mais comum. Sensores e c5avese)tras% com certe"a% ser#o encontrados emcampo% mas a estrutura a mesma.+s terminais identificados como* ?% S% e 4

,ou -l% -/% e -01% referem=se > entradatrifsicada rede eltrica. Para pequenas potncias% comum encontrarmos inversores com aentradamonofsicos ,porm a sa7da continua

sendo trifsica1.


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Para diferenciar a entrada da rede para asa7da do motor% a sa7da ,normalmente1vemindicada por* !% e 6.'lm da potncia% temos os (ornes decomando. Cada fa(ricante possui sua

prpriaconfigurao% portanto% para sa(er Hquem quemH temos de consultar o manual derespectivofa(ricante. 2e qualquer maneira% osprincipais (ornes s#o as entradas

,analgicas ou digitais1%e as sa7das ,geralmente digitais1.


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*S 0D1 2%+D%2+,*S0 D%

I+S,%&%-* D* I+/RS*R DFR345+CI%. CuidadoZ 3#o 5 inversor no mundo queresista > ligao invertida de entrada daredeeltrica ,trifsica ou monofsica1% com asa7da trifsica para o motor./. + aterramento eltrico deve estar (emconectado% tanto ao inversor como aomotor. +valor do aterramento nunca deve ser maior

que N[ ,norma IECN0J1% e isso pode serfacilmente comprovado com umterrWmetro% antes da instalao.


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0. Caso o inversor possua uma interfacede comunicao, ?S /0/% ou ?S AMN1 parao PC% o

taman5o do ca(o deve ser o menorposs7vel.A. 2evemos evitar ao m)imo% misturar,em um mesmo eletroduto ou canaleta1%ca(os depotncia ,rede eltrica% ou sa7da para omotor1 com ca(os de comando ,sinaisanalgicos%digitais% ?S /0/% etc...1.N. + inversor deve estar alo$ado pr)imo aBorif7cios de ventilao% ou% caso a

potncia se$amuito alta% deve estar su(metido a umaventilao ,ou e)aust#o1. 'lgunsinversores $possuem um pequeno e)austor interno.


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J. ' rede eltrica deve ser confivel% isto %

$amais ultrapassar varia&


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^. !tili"ar sempre parafusos e arruelasadequadas para garantir uma (oa fi)ao

ao painel.Isso evitar vi(ra&


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Essas precau&


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!%R%2,RI1%-*

Para que o inversor funcione a contento%n#o (asta instal=lo corretamente. XprecisoHinformarH a ele em que condi&


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+(viamente% por enquanto% veremosapenas os principais% e para facilitar nossoestudo

futuro% utili"aremos os endere&osparticularidades do inversor SI+E?4IC?+'S4E?do fa(ricante SIEE3S% porm um mesmoparRmetro% com certe"a% muda deendere&o defa(ricante para fa(ricante.+ inversor de frequncia IC?+'S4E?tem as mesmas fun&


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Como fao para acessar os par6metrose parametri7ar um inversor83ormalmente devemos seguir os seguintespassos*9: passo'cionamos a tecla P e as setas ou at ac5armos o parRmetro dese$ado.


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;: passo'gora aciona=se P novamente% e o valormostrado no displa ser o valor do

parRmetro% e n#omais a ordem em que ele est.


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=: passo:asta acionar P novamente% e o novo

parRmetro estar programado.*>servao? Cerca de ^K\ dosinversores comerciais funcionam com essalgica.


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quais so os principais par6metros de uminversor8!ar6metro !@@A? &i>erao de alterao depar6metros

'$uste O K * somente os parRmetros PKK a PKK^

podem ser alterados. '$uste O * os parRmetros PKK a PKK^ podem seralterados e todos os demais podem sersomente lidos.

'$uste O / * todos os parRmetros podem seralterados porm PKK^ retorna altomaticamentea K na pr)ima ve" que o inversor for desenergi"ado. '$uste O 0 * todos os parRmetros podem seralterados indefinidamente.


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Esse parRmetro uma proteo contraHcuriososH. Para impedir que algum%

inadvertidamente% altere algum parRmetroda mquina% utili"a=se um a$uste espec7ficocomoproteo


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!ar6metro !@B=? ,enso nominal domotor.Esse parRmetro e)iste na maioria dosinversores comerciais% em(rando que n#onecessariamente como PKMA% e serve parainformarmos ao inversor qual a tens#onominalem que o motor ir operar. Supon5a que omotor ten5a tens#o nominal //KC'.


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!ar6metro !@B


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!ar6metro !@@


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!ar6metro !@9


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!ar6metro !@


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(rampa de acelerao).Esse parRmetro indica em quanto tempodese$a=se que o motor c5egue avelocidade

programada% estando ele parado. Podevariar de K a JNK segundos. oc podepensar *HQuanto mais rpido mel5orH. as% caso omotor este$a conectado mecanicamente acargas

pesadas , E)* placas de tornos com pe&asgrandes% guindastes% etc...1% uma partidamuitorpida poder BdesarmarH dis$untores deproteo do sistema. Isso ocorre% pois opico decorrente% necessrio para vencer a inrciado motor% ser muito alto. Portanto% esseparRmetrodeve respeitar a massa da carga% e o limitede corrente do inversor. e$a a figura

a(ai)o*


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!ar6metro !@@


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!ar6metro !@@? ,ipo de referncia deentrada. '$uste O K a entrada significativa digital.

'$uste O a entrada significativa analgica. '$uste O / a velocidade fi)adadependendo da programao das entradas(inrias ,PKNa PKNN1.

Esse parRmetro di" ao inversor comovamos controlar a velocidade do motor.Caso este$aem % a velocida de ser proporcional atens#o analgica de entrada. ' entradadigital ser

ignorada. Caso o parRmetro este$a em K% avelocidade ser controlada por um sinaldigital ,naentrada digital1% e o sinal analgico n#omais influenciar.


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!ar6metro !@G? Frequncia decHaveamento !2.

Esse parRmetro determina a frequncia deP6 do inversor. Para este modelo% amesma pode ser /b"% Ab"% Mb" ouJb".Para evitarmos perdas no motor% einterferncias eletromagnticas ,EI1%

quantomenor essa frequncia% mel5or.+ 8nico inconveniente de parametri"armoso P6 com frequncias (ai)as ,/ ou AV"1 a gerao de ru7dos sonoros% isto %a mquina fica mais B(arul5enta. Portanto%

devemos fa"er uma Hanlise cr7ticaH dascondi&


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Como dito anteriormente% e)iste uma

infinidade de parRmetros nos inversores.3estaapostila% foram mostrados apenas os Kprincipais% que $ ser#o suficientes paraHcolocar pararodarH qualquer mquina.

Para parametri"ar um inversor diferente doestudado% (asta consultar o manual dofa(ricante% e fa"er uma analogia com essaapostila.3a pr)ima apostila% veremos os demaisparRmetros que afetam o funcionamentodeum inversor de frequncia.

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