Como é transformada a frequência em um inversor.
Inversor de frequência é
um dispositivo eletrônico usado para controlar a velocidade de um motor
trifásico. A frequência que chega na entrada do motor determina a velocidade a
qual ele vai operar. Os motores trifásicos tem o principio de funcionamento baseado
no campo elétrico girante. Campo que surge quando um sistema de alimentação
alternada é aplicado nos polos de um motor, defasados entre si 120º.
A velocidade a qual o
motor trabalha é fornecida pelo campo elétrico girante, esta velocidade é
chamada de velocidade síncrona. Ela é determinada em função do número de polos
do motor (característica construtiva) e em função da frequência a que chega na
entrada do motor.
Matematicamente falando, a
velocidade síncrona (Ns) é o produto de 120 vezes a frequência (f) em Hz,
dividido pelo número de polos (p) do motor. A partir desta fórmula fica claro
que quanto maior a frequência que chega ao motor maior é a velocidade de
trabalho dele, e o inverso também influencia em uma velocidade e menor do
motor. E é essa alteração que o inversos de frequência faz, ele realiza essa
intervenção antes da entrada do motor.
Frequência é uma grandeza, medida em Hertz (Hz).
Ela corresponde ao número de oscilações ou ciclos por segundo que ocorrem na
corrente elétrica.
Usar um inversor de frequência acarreta uma série
de vantagens, tais como: controlar a velocidade do motor, sem grandes perdas de
torque; aceleração suave através de programação; frenagem direta no motor, sem
necessidade de freios mecânicos; programação de velocidade de acordo com a
necessidade; automatização; flexibilidade; segurança; instalação simples; maior
precisão; etc.
Para entender como é feita essa mudança na
frequência fornecida pela rede para entrada no motor, primeiro é necessário
saber as partes de um inversor de frequência.
·
Circuito de entrada (ponte retificadora):
Este bloco retifica a energia alternada disponível,
para alimentação do inversor. A configuração mais comum é a de uma ponte de
diodos em onda completa e na saída um capacitor que faz a filtragem da tensão
obtida.
·
Inversor de potencia:
Esta parte transforma a tensão contínua do bloco
anterior em tensão trifásica para alimentar o motor. São usados transistores
(IGBTs) que chaveiam a tensão a partir dos sinais de gerador PWM (Modulação por
Largura de pulso). Quando estes sinais gerador a uma caraga indutiva como o
motor trifásico, elas tomam uma forma quase senoidal, apesar de serem gerados como
trens de pulsos.
·
Controle:
Neste circuito são formadas as ondas que
determinaram a velocidade e a potência aplicada no motor. O bloco de controle
geram pulsos que atuam nos transistores de chaveamento.
·
Proteção contra surtos:
A tensão da rede de energia não é perfeita e pode
conter surtos e transientes, para proteção do circuito, no inversos de
frequência são usados elementos como varistores, TVS e elementos semelhantes.
·
Proteção interna:
Este bloco analisa as tensões presentes na saída do
inversor, de modo que se estas apresentarem algum distúrbio, o bloco de comando
é acionado para tomar as providencias necessárias, como interromper o processo.
·
Placa de driver’s (disparo dos IGBT, fontes de
alimentação, etc.):
Bloco gerador de sinais para excitação dos
transistores de potencia de saída.
Este bloco analisa as condições da carga,
determinando qual a tensão devida para ser aplicada a ela gerar o torque
necessário.
·
Programação:
Painel que apresenta as informações gerais e também
é onde é realizada a programação do inversor.
·
Interface (I/O):
Através deste bloco o inversor se comunica com
dispositivos externos, como computadores.
·
Controle:
Neste bloco são tomadas decisões de acordo com a
programações, e sinais internos ou externos.
O
inversor de frequência é ligado na rede elétrica, e em sua saída há uma carga
que receberá a frequência modificada pelo inversor. No primeiro estágio, o
inversor utiliza o circuito retificador para transformar a tensão alternada em
contínua. Após isso o segundo estágio realiza o inverso, transforma tensão C em
tensão CA (conversor), e com a frequência desejada. Na rede a frequência é
fixa, geralmente 60 Hz, e a tensão é transformada pelo retificador de entrada
em contínua pulsada (retificação de onda completa).
O
capacitor (filtro) a transforma e tensão contínua pura. Essa tensão contínua é
conectada aos terminais de saída pelos dispositivos semicondutores do inversor,
os transistores, que funciona como chave estática. O sistema de comando é quem
controla a ação destes semicondutores, para conseguir uma tensão pulsada, com
frequências fundamentais desfasadas 120º. A tensão é escolhida de modo que a
relação tensão/frequência seja constante, resultando em operação de fluxo
constante, e manutenção da máxima capacidade de sobrecarga do motor.
Inversor
Escalar X Inversor Vetorial
Os inversores escalar são usados em tarefas mais
simples como o controle da partida e da parada e a manutenção da velocidade em
um valor constante (regulação). A lógica de controle usada é a relação de
tensão/frequência constante.
O inversor vetorial é mais complexo em comparação
ao inversor escalar. Basicamente, ele promove o desacoplamento entre o controle
do fluxo e o controle da velocidade por meio de transformação de variáveis. Por
esta técnica de controle, estes inversores são empregados em tarefas mais
complexas, que exigem grande precisão.
A maior diferença entre estes inversores e o modo
de operação de cada um é a capacidade de inversão dos fatoriais. Como pode ser
percebido, o inversor escalar muda a frequência de acordo com a relação
tensão/frequência, enquanto o inversor vetorial faz isso de forma mais
complexa, realizando modificações nos parâmetros que influenciam essas
grandezas.
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