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LuĂs Reis Neves Departamento de Engenharia SEW-EURODRIVE PORTUGAL Tel.: +351 231 209 670 ďš˝ Fax: +351 231 203 685 infosew@sew-eurodrive.pt ďš˝ www.sew-eurodrive.pt

por largura de pulso (PWM). A forma da saĂda pulsada ĂŠ funĂ§ĂŁo da frequĂŞncia de saĂda solicitada (C). A regulaĂ§ĂŁo de todo o sistema ĂŠ concretizada pela secĂ§ĂŁo de controlo. Nos conversores de frequĂŞncia modernos o campo magnĂŠtico, a comunicaĂ§ĂŁo, o processamento de sinais de referĂŞncia e os sinais PWM sĂŁo efetuados de forma totalmente digital.

Figura 1. Conversores de FrequĂŞncia MOVIDRIVEÂŽ.

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UtilizaĂ§ĂŁo de conversores de frequĂŞncia na indĂşstria ConstituiĂ§ĂŁo e tratamento de energia regenerativa

1. INTRODUĂ‡ĂƒO Os conversores de frequĂŞncia estĂŁo fortemente implantados no ambiente industrial. A sua utilizaĂ§ĂŁo enobrece o uso dos motores, possibilitando o controlo da velocidade, do binĂĄrio e da posiĂ§ĂŁo. Oferecem outras vantagens tĂŠcnicas como, por exemplo, suavizaĂ§ĂŁo de paragens e arranques, adaptaĂ§ĂŁo do acionamento Ă carga, otimizaĂ§ĂŁo dos ciclos de funcionamento Ă s necessidades de produĂ§ĂŁo, implementaĂ§ĂŁo rĂĄpida de elevados nĂveis de proteĂ§ĂŁo, otimizaĂ§ĂŁo do fator de potĂŞncia, poupanĂ§a de energia, e outros. Podem ser controlados e monitorizados atravĂŠs de entradas e saĂdas â€œfĂsicasâ€? ou via bus de campo. SĂŁo de fĂĄcil utilizaĂ§ĂŁo e possuem sistemas intuitivos de parametrizaĂ§ĂŁo, programaĂ§ĂŁo e diagnĂłstico, podendo estes ser executados atravĂŠs de consolas ou, frequentemente, por PC, existindo para o efeito suites de aplicaĂ§Ăľes especĂďŹ cas. Obviamente que as vantagens dos conversores de frequĂŞncia apenas podem ser exploradas sem restriĂ§Ăľes se forem respeitadas todas as regras do projeto, designadamente a seleĂ§ĂŁo, a instalaĂ§ĂŁo e a colocaĂ§ĂŁo em funcionamento.

2. CONSTITUIĂ‡ĂƒO E PRINCĂ?PIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CONVERSOR DE FREQUENCIA Na Figura 2 apresenta-se o diagrama de blocos tĂpico de um conversor de frequĂŞncia. A tensĂŁo da alimentaĂ§ĂŁo (A) ĂŠ retiďŹ cada e estabilizada atravĂŠs do DC Link (B). Os dispositivos mais modernos possuem DC Link de baixa capacidade, o que permite a diminuiĂ§ĂŁo das correntes de fuga e ĂŠ favorĂĄvel no que respeita Ă s perturbaĂ§Ăľes no sistema de alimentaĂ§ĂŁo. Posteriormente, o inversor converte esta tensĂŁo num sinal modulado

Figura 2. ConstituiĂ§ĂŁo de um conversor de frequĂŞncia.

2.1. Brake chopper e operaĂ§ĂŁo em 4 quadrantes A Figura 3 complementa a Figura 2 com o Brake Chopper. O Brake Chopper, juntamente com a resistĂŞncia de frenagem, possibilita o funcionamento em 4 quadrantes, isto ĂŠ, o motor pode ser acelerado e desacelerado em ambos sentidos de rotaĂ§ĂŁo (Figura 4). Os dados aqui apresentados referem-se Ă vista do lado do motor, nĂŁo do lado da carga acionada. Se o sistema for desacelerado a partir de determinada velocidade, a energia cinemĂĄtica armazenada ĂŠ enviada para o conversor de frequĂŞncia, ďŹ‚uindo para o DC Link atravĂŠs do estĂĄgio de saĂda â€“ energia regenerativa. Consequentemente, a tensĂŁo no DC Link sobe. Quando a tensĂŁo no

Módulo regenerativo

Resistência de frenagem

Espaço

Unidade independente.

Brake Chopper integrado na unidade e resistência de frenagem normalmente externa.

Efeito na temperatura ambiente

Negligenciável.

Geração de calor na resistência de frenagem.

Esforço de ligações elétricas

Médio.

Baixo.

Custos

Médio.

Baixo.

Balanço energético

Virtualmente as energias elétricas mantêm-se inalteradas.

Conversão de energia elétrica em térmica.

Requisitos EMC

Filtro de entrada.

Cabo blindado.

Utilização

Quando as energias em jogo são elevadas. Uma resistência de frenagem por Na impossibilidade de utilização de conversor de frequência. resistência de frenagem.

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Figura 7. Ligação de conversores de frequência através do DC Link.

Tabela 1. Comparação entre módulo regenerativo e resistência de frenagem.

Uma consiste na partilha de energia. Para o efeito, as unidades são ligadas entre si através do DC Link, conforme a Figura 7. Neste caso, consoante a combinação de potências em causa, pode ser possível ligar apenas uma unidade à rede de alimentação. Outra possibilidade consiste na sua devolução síncrona ao sistema de alimentação. A resistência de frenagem é, desta forma, substituída por um módulo regenerativo. O DC Link do (ou dos) conversor(es) de frequência é ligado ao módulo regenerativo. Sempre que a tensão no DC Link ultrapassa determinado limiar, a energia ﬂui em sentido inverso, sendo encaminhada para o sistema de alimentação (Figura 8). Fisicamente, o módulo regenerativo e o conversor de frequência são unidades distintas. O módulo regenerativo fornece energia ao DC Link para a operação em modo motor. Podem ser ligados vários conversores de frequência ao mesmo módulo regenerativo. O conversor de frequência em si não é ligado à rede de alimentação. O DC Link do conversor de frequência é alimentado diretamente pela tensão Uz do módulo regenerativo.

Quando o motor funciona em modo gerador, a recuperação de energia é feita através de um inversor conetado numa ligação paralela-inversa ao retiﬁcador. O retiﬁcador trabalha sincronamente com a rede de alimentação. Adicionalmente à economia de energia, a utilização de módulos regenerativos oferece valor acrescentado. Na Tabela 1 é feita uma comparação entre a utilização de resistências de frenagem e módulos regenerativos. Outra alternativa consiste no armazenamento temporário da energia para posterior utilização. Para o efeito existem módulos com condensadores que carregam com a energia excedente e disponibilizam essa mesma energia aos acionamentos sempre que solicitado.

Fonte de alimentação regenerativa

4. CONCLUSÃO É difícil elencar o ranking de utilização de conversores de frequência tal é a sua diversidade de aplicações. A sua principal função é ajustar a rotação do acionamento às efetivas necessidades da aplicação, sendo que para isso produz uma tensão e frequência va-

Unidade do inversor

Inversor

Retiﬁcador L1 L2 L3 Figura 8. Módulo regenerativo MDR da SEW.

Figura 9. Módulo energético com condensadores que armazenam a energia.

riáveis em função do setpoint previamente especiﬁcado. Existem situações em que o motor funciona como gerador. A energia gerada tem de ser inevitavelmente tratada, existindo diversas possibilidades técnicas, desde a simples dissipação sob a forma de calor até à partilha entre vários eixos, ou mesmo ao seu envio para o sistema de alimentação. A solução a adotar não é inconsequente em termos de investimento e de retorno, exigindo um correto enquadramento, balizando os prós e os contras. Os impactos ambientais também não podem ser negligenciados, pois a redução do consumo é sinónimo de uma menor geração de energia térmica e de uma menor emissão de CO2. Os conversores de frequência são um excelente veículo para agilizar, ﬂexibilizar e otimizar processos e sistemas. Podem assumir a dianteira e o protagonismo, mas é necessária uma abordagem global para se erguerem as melhores soluções, que se exigem viáveis não só do ponto de vista técnico mas também económico.