Acionamentos Elétricos ACIJ6 Prof. Dr. Cesar da Costa 7.a Aula: Inversor de Frequencia.
Inversor de Frequencia Conceitos e Técnicas de aplicaçãoeducatec.eng.br/engenharia/Automacao...
Transcript of Inversor de Frequencia Conceitos e Técnicas de aplicaçãoeducatec.eng.br/engenharia/Automacao...
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Inversor de FrequenciaConceitos e
Técnicasde aplicação
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Conceito- o que é um inversor e para que serve
Conceito – dispositivo eletrônico que transforma energia elétrica CA fixa ( tensão e frequencia ) em energia elétrica CA variável , controlando a potência consumida pela carga.
No caso específico , o inversor de frequencia é utilizado para controlar a rotação de um motor assíncrono ( de indução ) . Isto é alcançado através do controle microprocessado de um circuito típico para alimentação do motor composto de transistores 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.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vantagens de se usar inversores
? Substituição de variadores mecanicos? Substituição de variadores eletro-magneticos? 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 nivel de ruido.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vantagens de se usar inversores
? Excelente regulação de pressão e vazão? Economia de energia ( demanda e consumo).? Lembramos que 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.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Internet
? http://www.ab.com? Drives & Motors? Online Drive manuals? Technical/White Papers? Softwares? http://www.reliance.com? http://www.tecnaut.com.br
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Temas abordados
? Princípio de funcionamento? Ruido de modo comum ? Onda refletida? Frenagem e regeneração de energia para a rede? Harmonicos? Proteção elétrica? Controle vetorial
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Princípio de funcionamento
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Freqüência de chaveamento
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Efeito do controle escalar v / Hz num motor de indução
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Esquema detalhado do circuito interno de um inversor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Esquema detalhado do circuito interno de um inversor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Princípio de funcionamento
Ao lado vemos o funcionamento para geração de tres tensões defasadas 120 º uma da outra e,abaixo , a corrente de saída do motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Como especificar um inversor1. Potencia e tensão do motor2. 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 desaceleração6. Inércia da máquina7. 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 ? Cuidado.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 ?Cuidado com comando .15. Comunicação serial ( devicenet , controlnet , ethernet , DF1, RS485 , )16. Ruído eletromagnético ( o inversor tem marca CE , tem filtros externos )17. Harmonicos ( 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 ( fusivel , disjuntor , nível de curto – circuito )
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído Modo Comum
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Problemas que estamos sentindo
? Erros no loop de 4- 20 mA? PLC - erros de comunicação
? RIO? DH+? Device Net? RS232 /RS485
? Ruído Irradiado – o cabo de força entre o inversor e o motor funciona como antena
? Ruído Conduzido – sinais elétricos circulando pelos cabos de força e malha de terra? Sensores ? CLP? Desequilibrio no aterramento
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Qual a fonte do problema ?
O tipo de tensão que é gerada nos inversores (PWM ) produz correntes parasitas através das capacitâncias parasitas – pequenas capacitâncias que em 60 Hz não são significativas , mas em altasfrequencias passam a “perturbar” o funcionamento do circuito
Onde estão estas capacitâncias?
Podemos observar na figura abaixo
Cm – capacitância entre os enrolamentos do motor e a terra
Cc –capacitância entre os componentes IGBT e os condutores ou invólucro conectado à terra
Cr – capacitância entre a linha de alimentação e a terra
Cs – capacitância entre os condutores de saída e a terra
Cy –capacitância entre os capacitores de entrada do inversor para eliminação dos ruídos eletromgnéticos( se existirem ) e a terra
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Corrente real do motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Caracterização do problema
Acontece a cada chaveamento dos IGBT’s
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Problema Fundamental
70 ns
V LL
6 MHz
I Pico
Tensãosaída
inversor
CorrenteModo
Comum
Considerando uma tensão que muda de 0 até 600Vdc em 200nS temos:
Dv/dt = 600/0,0000002=
3.000.000.000 V/s
Caso a capacitância parasita seja de 1 nF( equivalente a capacitância de 4 metros de cabo 2,5 mm2) chegamos a uma corrente de
I= 0,000000001 X 3.000.000.000 = 3 Ampéres
Fluindo pela resistencia e indutancia da malha de terra é gerado uma queda de tensão , basicamente dada por :
+ RGROUND x I
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Condição Existente: dv/dt “Ruído”
PROBLEMA: RUÍDO NO SISTEMA DE TERRA DO CLIENTE
* CAMIINHO DE RETORNO ATRAVÉS DE CAPACITÂNCIA PARASITÁRIA
(i.e.. CAMINHOS DESCONHECIDOS)
* I terra PODE ENCONTRAR ESTES CAMINHOS ATRAVÉS CNC, PLC, E TERRA DE COMPUTADORES
* CORRENTE CONDUZIDA PARA TERRA ? CLIENTE COM PROBLEMA DE RUÍDO EMI
EMI - Interferência Eletromagnética
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – EFEITO NA INSTALAÇÃO
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – EFEITO NA INSTALAÇÃO
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – EFEITO NA INSTALAÇÃO
nÃO ADIANTA BLINDAR SOMENTE O CABO DE SINAL ,POIS ATRAVÉS DA ALIMENTAÇÃO O RUÍDO PODE “ENTRAR” NO SISTEMA AFETADO
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído irradiado – efeito antena
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído irradiado Efeito localizado dentro do painel
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – SOLUÇÃO ÓTIMA
CABO DE POTÊNCIA “SHIELDADO” E ISOLADO
TERRASOLUÇÃO: A malha controla o caminho do ruído de HF
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – SOLUÇÃO EXCELENTE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – SOLUÇÃO EXCELENTE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ruído na Malha – SOLUÇÃO EXCELENTE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
ATENUAR RUÍDO DA FONTE - TORÓIDES
P/ MOTOR
1 2L1
L1'
5 6
L3
L3'
3 4L2
L2'
7
GND
CABO do INVERSOR
TERRA MALHATERRA MOTOR
P/PE
Efeito do toroide
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O QUE OS TORÓIDES FAZEM ?
70 ns
V LL
6 MHz
I PICO1.5 à
50 us
I PICO1/3
SPECTRUM 63 kHz à 200 kHz
Currentecom
NucleoModo
Comum
Tensãosaída
inversor
CorrenteModo
Comum
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Filosofia de redução Ruído Modo Comum
1. Praticas de Aterramento? Eliminar espiras com a malha de terra
2. Atenuar ruído da fonte (inversor)? Adcionar toróides (Commum mode choke) na saída do inversor? Adcionar toróides (Commum mode choke) no cabo de rede
3. Cabos de força do inversor longe de equipamentos sensitivos? Usar 4 condutores em cabos “shieldados” ? Usar 4 condutores em eletrodutos
4. Capturar e retornar o ruído para fonte (inversor)? Adcionar capacitores modo comum
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Solução Completa
MOTOR
CHASSIS
ATENUAÇÃO RUÍDO C/ COMMON MODE CHOKE
MALHA CAPTURA RUÍDO RETORNANDO P/ DRIVE
L LINK
L LINK
+
+
+
GND
CAPACITORES MODO COMUM
Inversor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Solução Completa
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Bandejamento de cabos de saída do inversor
Para evitar interferencias entre os cabos de inversor e outros circuitos .
Para evitar sobreaquecimento , permitir um distanciamento mínimo entre os “pacotes” de cabos
Caso haja cabos de outros circuitos desconectados , providenciar o aterramento destas pontas
Cabos de dois ou mais circuitos de inversores devem ser separados e em caso de desligamento de um inversor , o cabo deve estar bem isolado para não ocorrer acoplamento capacitivo entre os cabos de força dos inversores
Elaborado por : Gleston F. de Castro
CUIDADO COM MERCADO –ESPECIFICAÇÃO TECNICA DENTRO DO DESEJADO
Elaborado por : Gleston F. de Castro
CUIDADO COM MERCADO –ESPECIFICAÇÃO TECNICA DENTRO DO DESEJADO Cuidado ao pedir orçamento !!!
Elaborado por : Gleston F. de Castro
CUIDADO COM INSTALAÇÃO – VÁRIOS INVERSORES “PENDURADOS” NO MESMO TRANSFORMADOR
Aterrar o secundário em estrela de um transformador é uma boa prática de instalação.Sob curto – circuito no secundário,a tensão de qualquer fase para a terra não excederá o valor normal que é suportado pela proteção de sobretensão( MOV ) do inversor.
Este resistor tem sua tensão monitorada para detectar o nível de fuga à terra.Com a adição de diversos inversores no mesmo secundário de um transformador , as correntes de alta frequencia de todos os inversores fluem pelo resistor e podem provocar o acionamento do mecanismo de proteção de fuga à terra .Portanto os cabos que conectam os inversores ao motor devem ser do tipo blindados e compostos de 4 fios.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Instalações de Inversores de Frequência
Onda Refletida
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Fenômeno Onda Refletida
? Indentificada primeiramente em 1900 com as linhas de transmissão
? Também conhecida como Onda Estacionária ou Efeito Linha de Transmissão
? Bem documentada em comunicações digitais? Aparecimento com os inversores IGBT ( altas
frequencias de chaveamento ) ? Pode causar picos de tensão no Motor? Poderá causar falha de isolação
Elaborado por : Gleston F. de Castro
A Física
? O cabo entre o Inversor e o Motor, representa uma substancial impedância para os pulso de tensão PWM da saída do Inversor.
? A impedância do cabo é proporcional ao comprimento
Indutância / unid. comprimentoCapacitância / unid. comprimento
? Se a impedância do cabo não está casada com a impedância do motor ---
Onda Refletida OCORRERÁ !!
Z0 =
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Efeito Linha de Transmissão
INVERSOR
LINHA A
LINHA B
+
-
FONTE BAIXA Z CAPACITIVO
CABLEZo ENTRE 50 - 200 OHMS PARA
CABO 3 FASES
Zo 1K - 2K OHMS - FASES SEPARADAS
L/CZo = L*C
V = 1
CSG
R1X1
POR FASE MOTOR
X2
Xm R4 S
MOTORZ (60Hz) >> ZoCARGA
POSSIVEL 2x à 4x TENSÃO BARRAMENTO CC
PROBLEMA
* CAPACIDADE DE ISOLAÇÃO MOTOR - AGORA A TENSÃO ATRAVÉS DA PRIMEIRA VOLTA DA BOBINA PODE SER > 1350 VOLTS, AO INVÉS DA TENSÃO TÍPICA ATRAVES DA LINHA DE 10-30 VOLTS
* CAPACIDADE DE ISOLAÇÃO CABO - NECESSITA MAIOR FAIXA DE TENSÃO- VIDA UTIL
* AUMENTO RUÍDO dv/dt NO MOTOR OSCILANDO NO RANGE DE 1 -3MHz
Elaborado por : Gleston F. de Castro
TIpica Saída Vpp Pulse PWM no Motor
0
-1
+1
+2
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Qual será a amplitude?
? A velocidade de reflexão(Depende da capacitância & indutância do cabo)
MAIS? O tempo de subida do dispositvo de chaveamento, determina a
distância do cabo na qual a amplitude da onda refletida alcançará a maior amplitude
A amplitude pode chegar a ser 2 - 3 vezes a tensão do barramento CC ( 675VCC X 2 = 1350 Volts típico )
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Dependente do tipo de Dispositívo
? GTO - muito baixa = max amplitude muito longas distâncias
? BJT - medio = max amplitude a longas distâncias
? IGBT - muito rápido = max amplitude a pequenas distâncias(3a. geração)
IGBT BJT GTO
??s ??s50-400ns
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Falha de Isolação
? Pode aparecer de microscópicos furos? A falha de Isolação pode ser causada por:
? Repetitivas Descargas parciais? Tensão excede a tensão dielétrica do Ar? Degradação é relativamente lenta
? Corona? Tensão ioniza a camada de Ar? Arcos atraves do enrolamento? Falha de isolação é imediata
? Tensão execede isolação elétrica da fiação
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O que é destrutivo?
? A força destrutíva depende de 2 fatores? Amplitude da tensão? Tempo de subida da forma de onda
? A maioria dos fabricantes de Motores testam sob as mesmas normas.? [(2 X Tensão nominal) + 1000 Volts ] x 1.25? [(460 X 2) + 1000] x 1.25 = 2.4KV? Alguns testam @ 3-5 KV? Estes NÃO são testes destrutivos porque são realizados
com um tempo de subida muitissimo lento
? Com os IGBT de hoje os tempos de subida de 10-50 ? S1000 Volts pode ser destrutivo, visto que a senoidenormal tem tempo de subida de 4mS .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Onde está o maior risco?
? Quanto menor o Inversor/Motor Maior é o risco.? Baixas potências tipicamente tem altas frequencias de
chaveamento.
? Motores, pequenos, de baixo custo, tem tipicamente:? Pouca isolação - Bolhas são prováveis? Sem papel de “fase” e nas terminações ? Sem papel de “slot”
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Sobretensão Motor prevista vs. Distância Cabo
IGBT Risetimes Típico
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
2.2
Ten
são
Mot
or /
Vcc
0 15 30 45 60 76 91
Distancia Cabo [m]
50 ns100 ns
200 ns
trise = 400 ns
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O que você pode fazer sobre isso?
? Especificar e comprar motores isolados 1600V
? Manter o motor o mais proximo possível
? Instalar um dispositívo de “proteção”do motor onde necessário
? Usar inversor com controle PWM que reduz os picos de onda refletida , reduzindo de 3 pu para 2 pu.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O tipo de cabo pode influenciar na distância
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção do Motor
? Reator na Saída entre inversor & motor? Reduz dv/dt da tensão (aumenta tempo de subida)? Reduz forças destrutivas para uma mesma amplitude? Permite cabos mais longos? Cria uma queda de tensão
? Pode causar redução de torque
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção do Motor
? Filtros de Saída? Pode ter sido requerido para reduzir EMI/RFI? Resultado similar ao Reator? Cria uma queda de tensão
? Pode causar redução de torque
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O Terminador
? Pequeno? Sem queda de tensão? Minima potência dissipada? Trabalha a qualquer distância de cabo? Mantem forma de onda da corrente? 2 - 3 opções para todas as aplicações? A solução mais efetiva? Resolve preocupações na instalação multi-motor? Trabalha em todos inversores IGBT & BJT
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Terminador de Linha
L1
L2
L3
GND
Rx
Rx
Rx
Z0 = Impedância Cabo
Zx = Impedância terminador
Rx = Z0
? ?? ?Zx - Z0
Zx - Z0
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Solução
Reator @ Inversor
Reator @ Motor
Inversor
ACMotor
ou
Inversor
Terminador@ Motor
ACMotor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Reator de Linha vs. Terminador A-B
Custo da Solução do Problema Onda Refletida
480 Volt - Potência [ Hp]
1
10
100
1000
Cu
sto
So
;uçã
o
1 10 100 1000
5% Z Reator Linha
3% Z Reator Linha
A-B Terminador Linha
Elaborado por : Gleston F. de Castro
1336 PLUS - 10 HP
1336 PLUS - 10 HP
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
1000 VOLTS 1200 VOLTS1600 VOLTS 1336 PLUS 10 hp SEM TERMINAÇÃO1336 PLUS 10 hp REATOR @ DRIVE 1336 PLUS 10 hp REATOR @ MOTOR1336 PLUS 10 hp TERMINADOR
Comprimento do cabo Inversor-Motor (m)
Por
Uni
d. S
obre
tens
ão(V
l-l /
Vbu
s)
0 15 30 46 61 76 91 107 122 137 152 182168
Elaborado por : Gleston F. de Castro
1336 PLUS - 50 HP
1336 PLUS - 50 HP
1.001.201.401.601.802.002.202.402.602.80
1000 VOLTS 1200 VOLTS1600 VOLTS 1336 PLUS 50 hp SEM TERMINAÇÃO1336 PLUS 50 hp REATOR @ INV 1336 PLUS 50 hp REATOR @ MOTOR1336 PLUS 50 hp TERMINADOR
0 15 30 46 61 76 91 107 122 137 152 168 182
Comprimento do cabo Inversor-Motor (m)
Por
Uni
d. S
obre
tens
ão(V
l-l /
Vbu
s)
Elaborado por : Gleston F. de Castro
1336 PLUS - 125 HP
1336 PLUS - 125 HP
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
Comprimento do cabo Inversor-Motor (m)
Por
Uni
d. S
obre
tens
ão(V
l-l /
Vbu
s)
1000 VOLTS 1200 VOLTS1600 VOLTS 1336 PLUS 125 hp (100 hp Motor; SEM TERM.1336 PLUS 125 hp(100 hp Motor) REATOR @ INV 1336 PLUS 125 hp (100 hp Motor)
REATOR @ MOTOR1336 PLUS 125 hp (100 hp Motor) TERMINADOR
0 15 30 46 61 76 91 107 122 137 152 182168
Elaborado por : Gleston F. de Castro
1336 PLUS - 250 HP
1336 PLUS - 250 HP
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
2.20
2.40
2.60
2.80
0 15 30 46 61 76 91 107 122 137 152 168 182
Comprimento de Cabo Inverosr-Motor (m)
Por
Uni
d. S
obre
tens
ão(V
l-l /
Vbu
s)
1000 VOLTS 1200 VOLTS
1600 VOLTS 1336 PLUS 250 hp (200 hp Motor) sem terminação
1336 PLUS 250 hp (200 hp Motor) REATOR @ INV. 1336 PLUS 250 hp (200 hp Motor) REATOR @ MOTOR
1336 PLUS 250 hp (200 hp Motor) TERMINATOR
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Frenagem e Regeneração
Inversores de Freqüência
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vamos dar uma paradinha ?
Incorporando uma frenagem no nosso Inversor CA.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Por que precisamos de Frenagem ?
? Para parar ou desacelerar o motor;
? Para mudar o sentido de rotação;
? Para manter o eixo numa posição fixa;
? Para manter tensão num material (gerador de freio).
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O que é Frenagem?
? Frenagem é a remoção da energia mecânica (cinética) do sistema.
? Duas considerações durante a Frenagem:?Como remover esta energia??O que fazer com esta energia ?
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Cargas RegenerativasDefinições :
? O que são Cargas Regenerativas ?? São cargas que retornam energia para o inversor no momento da
desaceleração. Como a ponte retificadora de entrada dos inversores é unidirecional, a energia de regeneração fica contida no barramentoCC.
? Exemplos de cargas que podem ser Regenerativas :? Elevadores ? Centrífugas? Transportadores em ângulo ? Grandes máquinas de usinagem? Pontes rolantes? Aplicações que requerem elevação de carga
ou frenagens rápidas, em geral são candidatas a regeneração
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Como remover esta energia?? Mecanicamente, com um freio mecânico:
? A energia mecânica (cinética) é convertida em calor no freio.
? Eletricamente com um inversor:? A energia mecânica (cinética) é convertida em
energia elétrica.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O que fazer com esta energia?? Retornar a energia para a rede CA.
? Converter a energia em calor:? no motor? num dispositivo elétrico (Ex: resistor)? num dispositivo mecânico (Ex: freio)
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Fatores que afetam a escolha de um método de frenagem
? Quantidade de frenagem necessária;? Qualidade do controle da frenagem;? Operação contínua ou intermitente, ciclo de
frenagem;? Tempo de resposta;? Custos (compra, instalação, manutenção);? Parada de emergência (Normas !)? Dissipação de calor? Pode?
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Frenagem Elétrica? Por injeção de CC (DC injection braking);
? Por fluxo - maximizando as perdas do motor (Flux braking);
? Frenagem dinâmica;
? Frenagem regenerativa para rede.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Injeção de Corrente Contínua
? A CC cria um campo fixo no motor.? A energia é convertida em calor no motor.? Vantagens:
? Sem hardware adicional? Sem custo adicional
? Desvantagens:? Difícil controlar a quantidade de frenagem? A CC é mantida somente por um certo tempo.
Precisamos conhecer muito bem a aplicação? Para uso intermitente. Cuidado para não danificar o
motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Frenagem por Fluxo (Flux Braking )
? A corrente de fluxo é aumentada quase no valor da corrente nominal, aumentando assim as perdas no motor.
? A energia é convertida em calor no rotor e no estator.
? Vantagens:? Sem hardware adicional? Sem custo adicional
? Desvantagens:? Usar de maneira intermitente para não
danificar o motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Frenagem Dinâmica? A energia é retornada no capacitor do
barramento CC.? A energia é dissipada em calor num resistor.? Regula o barramento CC.? Vantagens:
? Possibilidade de paralelar várias unidades para conseguir torque máximo de frenagem
? Resposta dinâmica é limitada pelo inversor.
? Solução simples? Desvantagens:
? Ineficiente para operação contínua (calor)? Tamanho dos resistores varia em função
do cilclo de frenagem? Custo dos resistores
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Regeneração para Rede ? A energia é retornada para
rede CA.? Vantagens:
? Altamente eficiente? Melhor solução para
frenagem contínua? Economia de energia
? Desvantagens:? Hardware adicional? Custo de aquisição
1336 REGEN
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Oferecemos a Solução de Frenagem Conforme a sua Aplicação
? Gama completa dos vários tipos de frenagens:
? Por injeção de CC
? Frenagem por fluxo
? Frenagem dinâmica
? Regeneração para rede CA
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ponte de entrada do inversorX
Ponte de entrada do 1336Regen
Ponte de diodo
Ponte IGBT
Uni-direcional
Bi-direcional
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Opções para reaproveitar esta energia :
Freio Regenerativo (Regen Brake) : Conversor usado para transferir energia proveniente do barramento CC do drive para a reutilização
na linha AC (drive único).
Barramento Regenerativo (Regenerative Bus Supply) : Conversor de Tensão ou Retificador Síncrono Ativo Bi-Direcional para barramento
comum de regeneração (vários drives)
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Diagrama em Blocos :
Freio Regenerativo (Regen Break)
ACACDC
DCMotor
ACDC3%
1336… Drive
1336R-1321-
Pre-Charge
Pre-Charge
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Diagrama em Blocos :
Barramento Regenerativo (Regenerative Bus Supply)
1336…DC Input Drives
AC
DC10%
1336R-1321-
DC
AC
Pre-Charge
DC
AC
Pre-Charge
DC
AC
Pre-Charge
Pre-Charge
HarmonicFilter
Motor Motor Motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Inversor com Frenagem DinâmicaFrenagem
Motorizaçãoi
Motor
R1
Inversor CC/CA Barramento CCRetificador
Rede CA
Ud
+
-
4
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Exemplo de Circuito para Freio Dinâmico
ToVoltageControl
ToVoltageControl
+ DC Bus
- DC Bus
Fuse
DynamicBrake
Resistor
VoltageDivider
VoltageDivider
ChopperTransistor
FWD
FWD
CrowbarSCR
Bus Caps
Bus CapsChopper Transistor
Voltage Control
ToVoltageDivider
ToVoltageDivider
SignalCommon
Fuse
ToVoltageControl
ToCrowbar
SCRGate
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Juntar as informações:
? Dados de placa do motor: HP, kW, Amp, RPM, etc...
? A inércia do motor e da carga em kilogramas-metros2 ou lb-ft2.
? A relação de redução do redutor (entre o motor e a carga).
? O perfil de velocidade, torque e potência da aplicação.
? O ciclo de frenagem.
Primeiro Passo
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Exemplo: Perfil de Velocidade, Torque, e Potencia
t
t
t
? (t)
(t)
(t)
T
P
-Pb
t t 4 tt4t1+t321t0
t t 4 tt4t1+t321t0
t t 4 tt4t1+t321t0
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Roteiro de Cálculo para Freio Dinâmico
? Calcular a inércia total do sistema.? Calcular a potência máxima (pico) de frenagem.
? Isto vai servir para determinar o valor ohmicodo resistor de freio.
? Calcular a dissipação térmica. ? Isto vai servir para calcular a capacidade de
dissipação térmica do resistor. ? Verificar os limites de aplicação da unidade de
frenagem .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 1 - Inércia Total do Sistema
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 2 - Potência Máxima (Pico) de Frenagem
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 3 - Valor Máximo do Resistor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 4 - Seleção do Módulo de Frenagem
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 5 - Valor Mínimo do Resistor
Escolher o valor do resistor.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Passo 6 - Potência de Dissipação do Resistor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vamos comparar uma solução com frenagem dinâmica e frenagem regenerativa para rede.
Economia de Energia
Elaborado por : Gleston F. de Castro
? A aplicação requer 80% de torque de frenagem mas durante 50% do tempo.
? Solução tradicional: usar um freio dinâmico e dissipar a energia num resistor.
? Solução proposta: usar uma unidade regenerativa e reaproveitar a energia.
Exemplo de Aplicação
Elaborado por : Gleston F. de Castro
70
180
1200
min -1
Carga(605 kgm 2 )
20 sec
Centrifugação
(498 kgm 2 )
46 sec 30 sec
Descarga
42 sec 20 sec
(305 kgm 2 )
2,5 sec
160,5 sec = 22,4 Ciclos
CentrífugaCentrífuga
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vamos Comparar as Duas Soluções
Frenagem Dinâmica:
Chopper = R$ 5.115,00
Resistor = R$ 4.299,00
Custo Total = R$ 9.414,00
Frenagem Regenerativa:
1336R-78 = R$10.507,00
Reator = R$ 1.126,00
Custo Total = R$ 11.633,00
Diferença de custo em Reais
R$ 11.633,00
- R$ 9.414,00
R$ 2.219,00
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Compensa pagar R$ 2.219,00 a mais e usar uma unidade regenerativa ?
? O chopper e o resistor são dimensionados para 75 kW e deverão fornecer um torque de frenagem de 80% durante 50% do tempo.? Vamos calcular a potência desperdiçada em calor:
75 kW x 0,8 x 0,5 = 30 kW
Conforme nossa aplicação….
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Ciclo de trabalho : Dois turnos de 8 h/dia, 5 dias/semana
Potência desperdiçada por ano:
30 kW x 16 h x 5 dias x 52 semanas = 124.800 kW hora por ano
Custo do kW h (por exemplo): R$ 0,10
Total anual em R$: 12.480,00 (Desperdiçado).
Total Anual Desperdiçado
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Em quanto tempo pagarei meuinvestimento?
Vamos pegar a diferença de custo entre as duas soluções, dividir esta diferença pelo total de energia desperdiçada e multiplicar o resultado por 12 (meses).
Acharemos o tempo que precisaremos para pagar nossa unidade regenerativa.
R$ 2.219,00 = R$ 0,1789
R$ 12.400,00
0,1789 x 12 meses = 2,147 meses
Após este tempo... é só Economia !
Elaborado por : Gleston F. de Castro
HARMÔNICAS HOJEHARMÔNICAS HOJE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Onde podemos encontrar Harmônicas?Onde podemos encontrar Harmônicas??? Na Alimentação CANa Alimentação CA
? Bastante ComentadoIEEE-519 (1992)
? Distorção de TensãoTensão Fase-Fase
? Distorção de Corrente
?? No motor CANo motor CA? Pouco Falado
? Distorção de Tensão
Tensão Fase-Neutro
? Distorção de Corrente
Elaborado por : Gleston F. de Castro
•• O que são Harmônicas? O que são Harmônicas?
•• O que as Harmônicas fazem?O que as Harmônicas fazem?
•• Quais são os maiores Quais são os maiores contribuidorescontribuidores? ?
•• Como determinar se existe problema Como determinar se existe problema com harmônicas. com harmônicas.
•• Como resolver problemas com harmônicas.Como resolver problemas com harmônicas.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Partindo do começoPartindo do começoTensão FundamentalTensão Fundamental
Corrente de LinhaCorrente de Linha
•• Formas de Onda sem distorção descritas pela Formas de Onda sem distorção descritas pela frequênciafrequência fundamentalfundamental
•• Fator de Potência define o tempo de defasagem entre Tensão & CoFator de Potência define o tempo de defasagem entre Tensão & Corrente rrente
Formas de OndasFormas de Ondassem distorçãosem distorção
Defasagem devido aDefasagem devido acomponentes reativoscomponentes reativos
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Carga Linear: Corrente e Tensãosão proporcionais.
VAN
IA
Carga não Linear: Corrente e Tensãonão são proporcionais.
VANIA
? Qualquer carga não linear. ? Numa carga não Linear, a corrente não é
proporcional na tensão aplicada.
Carga não -linear
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Principais cargas geradoras de harmonicos
Elaborado por : Gleston F. de Castro
1a., 5a., 7a.
1a. + 5a. (-20%) + 7a. (-13%) + 11a. (9%) + 13a. (7%)
1a. + 5a. (-20%) + 7a. (-13%)
1a. + 5a. (-20%)
Somatória das correntes harmonicas
Elaborado por : Gleston F. de Castro
THD - conceito
•• SÉRIE de FOURIER é o método usado para descrever formas de ondSÉRIE de FOURIER é o método usado para descrever formas de onda a
THD – parâmetro para dimensionar ,o grau de distorção que temos numa instalação .Existe dois tipos;
-THD de corrente – gerado pelo produto-THD de tensão – depende da instalação
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Instantâneos
Disparos de tiristores no momento errado , pois desloca a passagem pelo zero de tensão .
Erros adicionais nos medidores.
- Forças eletrodinâmicas produzidas por correntes instantâneas com harmônicas
presentes , provocam vibrações e ruídos acústicos em dispositivos
eletromagnéticos.
- Conjugado mecânico pulsante em motores de indução, devido a campos girantes
adicionais , causando vibrações e maiores perdas por diferentes escorregamentos
entre rotor e estes campos.
- Interferência em telecomunicações e circuitos de controle( cabos de força e controle em paralelo ) .
- Disparo de dispositivos de proteção
- Ressonância entre banco de capacitores de correção de fator de potência e indutância inerente de uma instalação elétrica quando sintonizados na frequencia do harmônico .
Aumento da queda de tensão e redução de fator de potência .
Redução do fator de potência
Longo prazo
Sobreaquecimento de capacitores , provocando disruptura de dielétrico.
- Perdas adicionais em transformadores devido ao aumento do efeito pelicular ,
histerese e correntes de Foucalts .
Sobreaquecimento de transformadores devido ao aumento do valor rms da
corrente .
- Sobreaquecimento de cabos e dispositivos de uma instalação elétrica , devido ao
aumento da impedância aparente com a freqüência.
Desgaste excessivo da isolação dielétrica devido a sobretensão sofrida.
Principais Efeitos das correntes harmonicas
Elaborado por : Gleston F. de Castro
F.P. total = Fator de Deslocamento(Displacement P.F) X Fator de Distorção(Distortion P.F.)
? As concessionárias medem o Fator de Potência Total.? A maioria dos fabricantes de inversores falam somente do displacement power factor.
Fator de Potência
Elaborado por : Gleston F. de Castro
? Fator de potência real ? É o não alinhamento da Tensão e Corrente devido a distorção das formas de Onda.
? Fator de potência de deslocamento? Defasagem entre Tensão e Corrente na passagem por zero.
Ambos são importantes e igualmente afetam o fator de potência total
1cosFPD ??
O que é Distortion Power Factor?
FPR < FPD – Maior consumo de energia
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Corrente Fase A
Corrente Fase B Corrente Fase C
Componente3ª Harmônica
CORRENTES BALANCEADASCORRENTES BALANCEADAS
1 / 3 da Amplitude,3 vezes a frequência
Regras Estabelecidas 60 Hz:• Linhas com correntes balanceadas, implicam em corrente nula no condutor de Neutro.
Nova Regra com cargas não lineares 60 Hz:• Linhas com correntes balanceadas resultará em corrente no condutor de
Neutro.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Corrente de Neutro não é zero quando existem cargas não lineares, mesmo quando a carga é balanceada. Este é o montivo porque o condutor de terra deve ser maior do que os de fase.
N
30 o
270 o150 o
5 5 ampsamps
5 5 ampsamps
5 5 ampsamps
8.7 8.7 ampsamps
Cargas Não Lineares
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Distorção de Tensão transferida para o Ponto de Acoplamento Comum (PAC)DISTORÇÃO DE TENSÃODISTORÇÃO DE TENSÃO
Distorção de Tensão devido a equipamentosnão lineares na planta resulta em um valorentre 1 a 4%, quando estes equipamentoscorrespondem a menos de 30% das cargasda planta.
Distorção de Tensãorefletido para o PACestá entre 0.5 e 2%
O que as Harmônicas fazem?
Uma tensão senoidal pura -queda de tensão distorcida = forma de onda distorcida
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Limites da IEEE-519
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Qual é o maior contribuinte para Harmônicas?
Harmônicas não são novas....Elas existem em transformadores, motores e capacitores de fp.
Cargas monofásicas não lineares como computadores, reator eletrônico, TVs, VCRs tem mudado o caminhos do fluxo de corrente da fonte para a carga. Cargas trifásicas não lineares como máq. de solda, aquecedores elétricos, Conversores CC, aquecedores de indução podem demandar altos picos de corrente da fonte .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
CORRENTECORRENTEFASEFASE
AA BB CC
CC
AA--BB BB--AA CC--AA
TENSÃO VARIÁVELTENSÃO VARIÁVELBUS CCBUS CC
REATORREATORLINHALINHA
BBAA
CC
PONTE PONTE DIODODIODO
TENSÃOTENSÃOFASEFASE--FASEFASE
CORRENTE TRIFÁSICA DE CARGA CORRENTE TRIFÁSICA DE CARGA -- VVI DRIVEVVI DRIVE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Sem reatores, picos Sem reatores, picos de corrente são de corrente são
maiores emaiores ecausam maior stress causam maior stress
PORQUE FUSÍVEIS PORQUE FUSÍVEIS FALHAMFALHAM
CORRENTE CACORRENTE CALINHALINHA
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Resumo dos problemas com Resumo dos problemas com harmonicosharmonicos
- Corrente “rms” maior gerando mais perda por efeito joule = I2
R- Maior queda de tensão na instalação- Distorção da onda de tensão que é entregue a outras cargas- Piora do fator de potência real - Aumento da corrente no neutro – desbalanço de tensão entre neutro e terra- Disparo indevido de dispositivos de proteção por dimensionamento sem considerar as correntes harmonicas.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Como se resolve o problema com Como se resolve o problema com harmônicas.harmônicas.
? Procurar onde existam altos valores de corrente instantânea.
? Adicionar ou aumentar a indutancia entre fonte e carga.
? Aumentar a capacidade da fonte de alimentação [cabos, proteção, etc.]
? Uso de filtros especiais para casos mais críticos
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Recomendações Recomendações
•Todo AFVDs deveriam ter uma impedância mínima de 3%em série (Reator interno individual ou externo).• Transformadores devem ser dimensionados para carga total em KVA vezes 1.2 para inversores PWM com reatores e 1.5 para inversores PWM sem reatores.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção Elétrica Proteção Elétrica
de um sistema de um sistema
com inversor com inversor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Os dispositivos usados para proteção elétrica geralmente tem o objetivo de eliminar as sobrecorrentes ( curto – circuito e sobrecarga ) que danificam a rede de alimentação do inversor ou o motor.
Geralmente são usados disjuntores ou fusíveis ultra rápidos para realizar esta proteção.Porém o próprio inversor tem de ser dimensionado para suportar o nível de curto – circuito no ponto onde será instalado
O valor de corrente calculada para dimensionar a proteção deve levar em consideração fatores tais como : o valor “rms” da corrente de alimentação , considerando os harmonicos ; valor de pico ao ligar o inversor devido a corrente de pre – carga que de pende de cada fabricante ( a princípio ela não deve ser maior que a corrente nominal )
Algumas proteções são realizados pelo inversores que desligam em microsegundos os transístores IGBT
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Proteções elétricas integradas no inversor
Sobrecarga – Limitando o valor “rms” num máximo de 1,5 a 2 vexes o valor nominal
Calculando o aquecimento do motor ( I2t ) instântaneamente , levando em consideração a velocidade do motor , pois em baixas rotações a auto ventilação não permite correntes altas no motor
Notar que um relé térmico tradicional pode não operar corretamente , pois em baixas rotações a corrente do motor , geralmente é menor que a nominal e , num evento de uma sobrecarga , ela se elevará a um nível em que não sensibilizará o rele termico.A proteção interna do inversor é mais apropiada para proteção do motor e da instalação elétrica até o motor.Quando ocorrer o desarme por sobrecorrente deve – se observar se foi devido a aquecimento do motor ou do proprio inversor .
Em caso do inversor , verificar se a circulação de ar está livre ou se o ventilador está funcionando.
Em caso do motor aguardar alguns minutos até o inversor permitir o religamento.Ele , normalmente , aguarda um tempo para resfriamento do motor.Porem isto pode ser “zerado” para que permita a partida imediata do motor – CUIDADO PARA NÃO QUEIMAR O MOTOR
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Proteções elétricas integradas no inversor
Curto – circuito- Se um curto acontecer na saída do inversor ( nos terminais do motor ou nos cabos entre inversor – motor) a sobrecorrente é detectada internamente no inversor e um comando para bloquear os IGBT´s é dado. O curto é eliminado em microsegundosprotegendo o inversor . Esta breve corrente é principalmente alimentada pelos capacitores usados com os retificadores e se torna imperceptível pela rede elétrica , conforme descrito na figura abaixo .
Portanto , se torna importante que se dimensione o inversor dentro do nível de curto –circuito no ponto onde está instalado – caso ele não atenda , pode –se colocar um indutor na entrada e/ ou na saída , que além de diminuir os ruídos , ajudam a diminuir o nível de curto . Outra alternativa é colocar fusível na saída do inversor com capacidade de suportar o curto .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Proteções elétricas integradas no inversor – outras funções
Aquecimento do inversor –um sensor é colocado no dissipador traseiro para detectar este aquecimento , e em caso de excesso , desliga o inversor – seu mau funcionamento pode causar o desligamento indevido , necessitando ser trocado.Verificar também , se a ventilação está funcionando corretamente – bloqueio do fluxo de ar ou ventilador danificado podem fazer o inversor parar
Queda de tensão da rede – Esta proteção é necessária para evitar um maufuncionamentodos circuitos de controle e o motor e para evitar a sobrecorrente quando a rede volta a tensão nominal.Geralmente , um valor de tempo de tolerância pode ser ajustado no inversor para evitar desligamentos indevido ( na faixa de alguns segundos – Ride Through)
Sobretensão – é usada para evitar danos aos seus componentes de força .
Falta de fase – Nos inversores trifásicos esta função protege sobrecorrente devido ao funcionamento monofásico . Para o motor evita sobreaquecimento.
Fuga à terra – Proteção quanto a baixa isolação do motor , cabos ou do próprioinversor.Observar que esta medição se dá em alta frequencia e pode causar confusão nas medições de isolação que normalmente são feitas com aparelhos CC ( megôhmetro).Usar cabos e motores mais adequados .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Esquema básico da partida com inversor
Geralmente obtem – se coordenação tipo 2 segundo a norma IEC947
-Não ocorre a perda de ajustes dos equipamentos
-Não estrague a isolação
-A combinação disjuntor – inversor – contator deve poder operar assim que a causa do curto for eliminada
-Permite –se uma leve soldagem dos contatos do contator , sendo separados manualmente .
Para atingir esta condição é necessário consultar as tabelas dos fabricantes
Para inversores observar a pré – carga dos capacitores , mas geralmente ela está dentro dos limites de corrente nominal
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Método básico para calculo da corrente do disjuntor ou fusível e do contator
Baseado em.
-Potência mecânica do motor
-Tensão nominal de alimentação
-Recndimento do motor e do inversor
-Permitir uma sobrecarga contínua de 1,1 em torque constante e 1,05 em torque variável
-Harmonicos , visto que a corrente não é senoidal . Seu valor se torna uma função do THD ( distorção harmonica total ) e pode ser dimensionada pela formula
Então , para um THD de 80%, temos I rms = 1,28 I 1 e para um THD de 40 % ( com filtro ) fica
I rms = 1,08 I 1 , dando uma diferença de 18 % (PERDA DE ENERGIA !!!) , gerando um custo maior no equipamento de proteção .
No cálculo total da corrente , considerando todos estes fatores:
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Proteção elétrica com inversor de frequencia
Casos especiais
Inversor alimentando motores em paralelo –Neste caso a proteção de sobrecarga não consegue proteger individualmente os motores , sendo necessário colocar reles térmicos individuais ,conforme figura abaixo .Esta aplicação restringe o funcionamento em baixas rotações para evitar sobrecargas que os reles não consigam desarmar.Geralmente é usada em baixas potências .
O inversor deve ser dimensionado para suportar a soma das correntes nominais dos motores e , em caso de partida individual através de contator , a corrente deve ser a soma das correntes de partidas tradicionais dos motores
Há casos em que a proteção interna deve ser desabilitada para manter a continuidade de operação .Neste caso os cabos e contatores devem ser sobredimensionados e proteções extras devem ser estudadas .
Elaborado por : Gleston F. de Castro
CONTROLE VETORIAL
Nem todo controle Vetorial é igual
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Conveyor MixerExtruder
Tecnologias Disponíveis
Volts / Hertz SensorlessVector
FieldOriented
Speed Regulator Speed Regulator Torque RegulatorSpeed Regulator
Current LimitAdvanced
Current Limit
High BandwidthCurrent Regulator
Converting
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Controle Volts/Hertz
MOTOR
INVERTER
Tensão de Realimentação
CURRENTLIMIT Ref. Frequência
Frequência Elétrica
+ CONTROLETENSÃO
V RefV/Hz Gate
SignalsElec. Freq
Frequência de escorregamento
+
SLIPESTIMATOR
Controle V/Hz
REALIMENTAÇÃO CORRENTE
Ref. Velocid.LIMITE
CORRENTE
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Controle V/Hz - Torque vs Rotação
Per UnitTorque
Elaborado por : Gleston F. de Castro
O que é Controle Vetorial ?
? É a habilidade de independentemente controlar o fluxo e o torque, produzindo componentes de corrente no motor com o propósito de obter um torque preciso e o controle de potência.
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Representação Vetorial
100%
87%
50%
0
30o 60o 90o 180o360o
Va
Va=50% Va=87% Va=100%
30o60o 90o
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Entendendo Controle Vetorial
Reguladores, logicacontrole, e ponteretificadora.
3 Ø AC
ARM CampoCC
Arm Campo
CurrenteTorque
CurrenteFluxo
DC Drive
Reguladores, logicacontrole, e ponteretificadora.
3 Ø AC
CurrenteTorque &Fluxo
Inversor
Drive CA
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Modelo Motor CC
Ia = Corrente produz TorqueIf = Corrente produz Fluxo Magnetização
CC
Ia If
Z Z
CC
Ia
If
Carga 1
Carga 2
? ? ? ? ?a*sin (d)
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Modelo Motor CA
Iq = Corrente Produção TorqueId = Corrente Produção FluxoIs = Corrente Total do Estator
CA
Is
IdIq
Z
ZZ
CA
Id
Iq
Carga 1
Carga 2
Is
Is
?? K Id * Iq * sin(d)
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Porque usar Controle Vetorial?
? Controle Torque
? Controle Velocidade Precisa
? Larga Faixa de operação de velocidade
? Resposta Dinâmica
? Alto Torque de Partida
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Tipos de Controle Vetorial
Vetorial de Tensão
? Vetorial de Corrente Regulada? Modelo Baseado em Vetorial de Fluxo? Controle de Campo Orientado
Elaborado por : Gleston F. de Castro
MOTOR
INVERTER
PULSESELECTOR
FLUXCOMPARE
SPEEDREG.
Torque ErrorTorque Reference
Flux ErrorFlux Reference
Speed Ref
Sensorless Direct Torque Control
GateSignals
TORQUECOMPARE
Flux EstimateTorqueEstimate
Velocity Estimate
ADAPTIVEMOTOR
CONTROL
Current Feedback
Switch Conditions
Bus Voltage Feedback
Auto TuneParameters
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Flux Vector - Torque vs Velocidade
2
1
Torq
ue
Speed (Hz)1 2 5 10 20 30 40 50 60
Elaborado por : Gleston F. de Castro
High Bandwidth Current Regulator
MOTOR
INVERTER
VOLTAGECONTROL
Voltage Feedback
ADAPTIVECONTROLLER
CURRENTREG.
FLUXREG.
SPEEDREG.
ElectricalFrequency
Auto TuneParameters
Voltage Reference
Current Feedback
Voltage Feedback
Torque Current Ref
Flux I RefFlux Ref
Speed Ref
Slip Frequency
Field Oriented com Realimentação
+
GateSignals
Speed Feedback
+
PG
CURRENTRESOLVER
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Vetorial Corrente Controlada
? Modelo Baseado em Flux Vector? Modelo Matemático do Motor é armazenado no inversor
? Parametros típicos do Motor - Resistencia Estator, Resistencia Rotor, Escorregamento, Indutância Estator, Indutancia Rotor, Indutância de Magnetização
? Parametros são estimados e variam com motor? Drive DEVE ser casado com o Motor
Elaborado por : Gleston F. de Castro
? Controle de Campo Orientado? Correntes de Torque e Fluxo são controladas independentementes? Controle Alto-Organizado usa informações mediadas no motor para
determinar o estatus do motor state ao inves de um complicado Modelo Matemático do Motor
? NÃO requer motor especial
? Condições F.O.C.( Field Oriented Control)? Coincidencia de Corrente
? Referência de Corrente e a Realimentação deve ser a mesma? Controle de Fluxo
? Controle de fluxo sem perda de controle em toda faixa de velocidade
Vetorial Corrente Controlada
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Controle de Campo Orientado
? Indirect Self Organized Field Oriented Control(Controle de Campo Orientado Alto-Organizado Indirentamente)
? Encoder fornece informações sobre a posição do rotor e velocidade
? Controle Alto Organizado elimina a necessidade de parametrosdetalhados de identificação do motor
? Regulador de Corrente com alto Bandwidth fornece controle independente de Fluxo e Torque
? Controle de Velocidade de Alta Performace
? Compensação da Temperatura do motor
? Auto Tuning
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Auto Tuning
? Regulador de Velocidade? Teste Inercia Motor ? Teste Inercia Sistema? Tune (Otimização) Regulador
? Regulador de Torque? Identificação Parametros Motor? Tune Regulador
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Performance de torque
Per UnitTorque
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Controle de Aceleração
Acceleration:1.5 Per Unit Loadto 1.0 Per Unit Speed
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Resposta à variação de Carga
Impact Load:1.0 Per Unit Load0.875 Per Unit Speed
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Performace - Sem Realimentação
Controle Encoderless
? Regulação de Velocidade? +/- 0.5% , com faixa em torque constante de 120:1? Resposta Dinâmica 30 Radianos/Seg ou melhor
? Regulação Torque ? +/- 5% Torque nominal? Resposta Dinâmica 600 Radianos/Seg
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Performace com Realimentação
Encoder
? Regulação Velocidade:? +/-0.001% na Veloc. máxima com faixa de operação em
torque constante >= 1000:1? Resposta Dinâmica de 100 Radianos/Seg
? Regulação Torque:? +/- 2% Torque nominal? Resposta Dinâmica de 2500 Radianos/Seg
Elaborado por : Gleston F. de Castro
Comparação de Performace