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Investigação e Desenvolvimento

Impacto dos Variadores Eletrónicos de Velocidade nos Motores e na Rede Elétrica (2.a Parte) (Continuação na edição anterior) Fernando J. T. E. Ferreira Departamento de Engenharia Eletrotécnica, Instituto Superior de Engenharia de Coimbra (ISEC), Coimbra, Portugal Instituto de Sistemas e Robótica, Universidade de Coimbra (ISR-UC), Coimbra, Portugal , fernandoferreira@ieee.org

Resumo – Os Variadores Eletrónicos de Velocidade, devido às suas vantagens técnico-económicas, são cada vez mais utilizados para controlar a velocidade e o binário dos motores de indução trifásicos. Porém, têm também associados alguns aspetos negativos. Neste artigo, de uma forma breve, discute-se o seu impacto nos motores de indução trifásicos e na rede elétrica.

V. VARIADORES ELETRÓNICOS DE VELOCIDADE Os VEVs convertem a tensão alternada da rede numa tensão contínua e, em seguida, sintetizam uma tensão alternada de frequência e

Figura 12-B. Topologia básica de um VEV constituído por um retificador trifásico

amplitude variáveis, sob controlo externo do utilizador. Tipicamen-

de 6 impulsos com díodos e um inversor de fonte de tensão de 2 níveis. Formas

te, a frequência fundamental da tensão produzida à saída pode va-

de onda típicas da corrente à entrada do retificador e da tensão e corrente à

riar entre 0 e 150 Hz.

saída do inversor.

Os VEVs mais comuns (Figura 12-A e 12-B), na sua forma mais sim-

Tipicamente, o retificador dos VEVs é trifásico10, de ponte comple-

ples, integram um conversor unidirecional AC-DC (retificador), um

ta (6 impulsos) e com díodos (não controlado). Porém, podem ser

barramento DC e um conversor bidirecional8 DC-AC/AC-DC (inver-

usados outros tipos de retificadores, sendo este tópico abordado

sor). Tal como referido anteriormente (ver 1.a parte do artigo), na

na Secção VIII.

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maioria dos modelos comerciais, o inversor é do tipo VSI-PWM. Os VSIs mais usados são de 2 níveis, estando também disponíveis no

À entrada do retificador pode instalar-se um filtro indutivo (input/

mercado VSIs de 3 níveis para aplicações especiais. Os dispositivos

line reactor), por forma a reduzir a distorção harmónica da corrente

semicondutores mais utilizados nos inversores de Baixa Tensão são

à entrada do VEV.

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os IGBTs . A frequência de comutação utilizada na modulação da tensão varia tipicamente entre 2 e 16 kHz (na maioria dos modelos

O barramento DC incorpora uma capacidade (constituída por um ou

este parâmetro pode ser definido pelo utilizador).

vários condensadores) e, opcionalmente, uma indutância (DC-link/ bus choque/reactor) que, à semelhança do filtro indutivo à entrada do VEV, tem por objetivo atenuar a distorção harmónica da corrente absorvida. No barramento DC, existe ainda um “chopper” (IGBT) com uma resistência em série (Td e Rd na Figura 12-B) que serve para dissipar a

Figura 12-A. Topologia não regenerativa (a energia gerada pelo motor é dissipada

energia devolvida pelo motor em regime de frenagem (frenagem

numa resistência instalada no barramento DC).

dissipativa), atuando sempre que a tensão do barramento DC excede um valor pré-definido.

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Fluxo de potência num único sentido, da rede para o barramento DC.

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Fluxo de potência nos dois sentidos, do barramento DC para o motor e

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10

10

Refira-se que nos VEVs de saída trifásica, o retificador pode ser mono-

vice-versa.

fásico, permitindo alimentar motores trifásicos (mais eficientes do que

Insulated-Gate Bipolar Transistor.

os monofásicos) a partir de uma rede monofásica.

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Figura 42. Impacto dos filtros de harmónicos (com um valor a variar entre 1 a 10%) à entrada e à saída do retificador na tensão do barramento DC25. Figura 38. Simulação das componentes harmónicas da corrente à entrada de um retificador de díodos de 12 impulsos sem filtros (THDi = 5,8%).

E. Interferência Eletromagnética de Alta Frequência Devido à presença de componentes harmónicas de tensão e corrente de elevada ordem/frequência, tanto à saída como à entrada do VEV, pode ocorrer interferência eletromagnética por radiação e por condução à saída e à entrada dos VEVs, mesmo quando se (a)

(b)

(c)

usam filtros. A interferência eletromagnética por radiação (ou

Figura 39. Formas de onda da corrente à entrada de diferentes tipos de reti-

radio-interferência) é particularmente crítica no cabo entre o VEV

ficadores: (a) retificador de díodos de 6 impulsos; (b) transformador de duplo

e o MI, que funciona como uma antena, devido ao elevado dv/dt

secundário e retificador de díodos de 12 impulsos; (c) ponte de IGBTs e díodos

dos impulsos das tensões PWM. A radiação eletromagnética pode

(inversor).

interferir com equipamentos informáticos, de medida e de controlo nas proximidades. Uma forma de evitar este tipo de problemas passa pela utilização de cabos blindados, implementação de um sistema de massas/terra bem projetado e/ou instalação de filtros de alta frequência.

BIOGRAFIA Fernando J. T. E. Ferreira nasceu em Coimbra em 1975. É licenciado em Engenharia Eletrotécnica, Mestre em Sistemas e Automação e Doutorado em Engenharia Eletrotécnica, pela Universidade de Coimbra. Desde 1998 é investigador no Instituto de Sistemas e Robótica da Universidade de Coimbra, tendo desde então particiFigura 40. Distorção harmónica total à entrada dos VEVs, para diferentes tipos

pado em diversos projetos nacionais e europeus. É autor de mais

de retificadores e filtros.

de uma centena de artigos publicados em revistas e conferências internacionais. Desde 2001, é docente no Departamento de Engenharia Eletrotécnica do Instituto Superior de Engenharia de Coimbra, onde, atualmente, exerce funções de Professor Adjunto e de Vice-Presidente.

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As curvas apresentadas foram obtidas experimentalmente. Caraterísticas do transformador utilizado: tensão no primário e no secundário de 11 kV e de 400V, respetivamente; potência nominal de 1,5 MVA; impedância de 6.1%; potência de curto-circuito no primário e no secundário de

Figura 41. Fator de potência expectável à entrada dos VEVs, para diferentes tipos

350 MVA e 25 MVA, respetivamente. Ausência de desequilíbrios e de dis-

de retificadores e filtros, considerando que as componentes fundamentais da

torção harmónica nas tensões do sistema de alimentação antes de se

tensão e corrente estão em fase (DPF=1.0).

ligar o VEV.

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Impacto dos variadores electrónicos de velocidade nos motores e na rede elétrica (2.ª parte)  

Autor: Fernando J. T. E. Ferreira; Revista: Elevare nº1

Impacto dos variadores electrónicos de velocidade nos motores e na rede elétrica (2.ª parte)  

Autor: Fernando J. T. E. Ferreira; Revista: Elevare nº1

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