Conversores de Frequência: Constituição e Princípios
Eng.o Luís Reis Neves Diretor Técnico SEW-EURODRIVE Portugal SEW-EURODRIVE PORTUGAL Tel.: +351 231 209 670 · Fax: +351 231 203 685 infosew@sew-eurodrive.pt · www.sew-eurodrive.pt
Obviamente que as vantagens dos CF apenas podem ser exploradas sem restrições se forem respeitadas todas as regras do projeto, designadamente a seleção, a instalação e a colocação em funcionamento.
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Os CF estão fortemente implantados em ambiente industrial. Estão presentes sempre que são exigidas determinadas premissas, tais como: variação de velocidade, controlo remoto da velocidade e sentido de rotação (como por exemplo, utilizando acionamentos mestres ou PLCs), precisão de posicionamento, adaptação do acionamento à carga, suavização de paragens e arranques, otimização dos ciclos de funcionamento às necessidades de produção, e outros.
dendo estas ser executadas através de consolas ou, frequentemente, por PC. Adicionalmente, é usual a disponibilização de ferramentas de diagnóstico, nomeadamente, osciloscópio.
2. PRINCÍPIOS E CONCEITOS ELEMENTARES A maioria dos fabricantes produz CF com circuito DC Link (também designado por circuito intermédio) nos quais a energia é armazenada em condensadores. Como tal, esta será a tecnologia abordada neste artigo.
robótica
DOSSIER . ELETRÓNICA DE POTÊNCIA
1. INTRODUÇÃO Desde meados dos anos 80 que o desenvolvimento dos microprocessadores e dos transístores de potência têm incrementado significativamente a aplicação de Conversores de Frequência, designados por CF neste artigo.
2.1. Secçâo de Potência Na Figura 2 apresenta-se o diagrama típico da secção de potência de um CF. O sistema de alimentação (L1, L2 e L3) é ligado nos terminais 1, 2 e 3, sendo que o motor é conectado em 4, 5 e 6. O sentido
Alimentação trifásica Retificador não controlado
L1
1
L2
2
L3
3
2.1.1. Retificador O retificador é constituído por uma ligação em ponte trifásica, não controlada (Figura 3). Este elemento converte a alimentação trifásica alternada em Corrente Contínua.
L1 û, L
L2 L3
Figura 3. Retificador.
Em termos de grandezas, aplicam-se as fórmulas abaixo: û = × Ufn = × 230 = 563 V U = 1,35 × Uff = 1,35 × 400 = 540 V
DC link
Figura 1. Conversores de Frequência MOVIDRIVE® da SEW-EURODRIVE.
de rotação é especificado pela sequência das ligações do motor, isto é, alterando a sequência das ligações do motor, altera-se o sentido de rotação. Como é óbvio, ao nível do controlo é possível e simples alterar o sentido de rotação sem modificar as ligações de potência entre o motor e o CF.
Inversor IGBT
T1
T2
T3
T4
T5
T6
C
Os CF oferecem outras vantagens técnicas, como por exemplo, arranques e paragens suaves, implementação rápida de elevados níveis de proteção, otimização do fator de potência, poupança de energia, e outros. Os CF podem ser controlados e monitorizados através de entradas e saídas "físicas" ou via bus de campo. São de fácil utilização e possuem sistemas intuitivos de programação e parametrização, po-
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Motor assíncrono trifásico
Figura 2. Secção de potência de um CF.
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vida à rede de alimentação sincronamente. O sistema comuta para a próxima fase quando a tensão nesta exceder a tensão da fase inicial.
P
brake
t Erro-Limite DC link
BRC ON BRC OFF
Vz ≈
t
P na resistência de frenagem Pv
t Figura 9. Operação em 4 Quadrantes.
A resistência de frenagem é desta forma substituída por um módulo regenerativo. O DC Link do CF (ou vários CF) 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 10).
de um inversor conectado numa ligação paralela-inversa ao retificador. O retificador trabalha sincronamente com a rede de alimentação. Desta forma, quando t = 0 é detetada a fase com maior tensão no sistema trifásico. A energia é então devol-
Quando o motor roda em modo gerador, a recuperação de energia é feita através
A funcionalidade dos CF pode ser ajustada em conformidade com a aplicação e as necessidades do processo. A especificação de determinados parâmetros durante o comissionamento permite a ativação simultânea de mais do que uma caraterística. Por exemplo, a ativação da função "HOIST FUNCTION" resulta na ativação de algumas funções de monitorização e visualização de determinados parâmetros necessários à função de elevação. Na automação moderna verifica-se uma tendência para a descentralização da inteligência dos sistemas. Os CF têm vindo a assumir um papel cada vez mais relevante no que respeita a automação. Efetivamente, os CF integram funções de PLC, possibilitando a migração de funções para os acionamentos e simplificando as atividades de programação. Adicionalmente, verifica-se também a integração on board de funções de segurança, limitando (em algumas situações, dispensando) os PLC de segurança.
Módulo regenerativo
Fisicamente, o módulo regenerativo e o CF são unidades distintas. O módulo regenerativo fornece energia ao DC Link para a operação em modo motor. Podem ser ligados vários CF ao mesmo módulo regenerativo. O CF em si não é ligado à rede de alimentação. O DC Link do CF é alimentado diretamente pela tensão Uz do módulo regenerativo.
3. CONCLUSÔES A principal função do CF é ajustar a rotação do acionamento às efetivas necessidades da aplicação sendo que, para isso, produz uma tensão e frequência variáveis em função do setpoint previamente especificado. Possibilitam vários modos de operação nomeadamente, controlo da rotação, da posição e do binário.
Inversor
Inversor
Inversor
Retificador L1 L2 L3
Figura 10. Módulo regenerativo.
Vz
M
DOSSIER . ELETRÓNICA DE POTÊNCIA
t Diagrama de frenagem
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V
robótica
Diagrama de acionamento