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Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 1
s
ACIONAMENTOS
DE VELOCIDADE
VARIÁVEL
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 2
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Comportamento de cargas
Para um sistema dotado de movimento de rotação temos:
P C N= ×
9 55,
“Se uma carga mecânica requer determinada potência P, equivale a
necessitar de um dado conjugado C a uma dada rotação N”
C equivale a “FORÇA”
N equivale a “VELOCIDADE”
Força (F)
Raio (r)
C F r= ×
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Aceleração e frenagem
O conjugado necessário para acelerar (ou frear) uma dada carga depende da:
•Inércia da carga
•Faixa de variação de rotação
•Tempo de aceleração (frenagem)
↑ ⇒ ↑J Ca
↑ ⇒ ↑∆N Ca
↑ ⇒ ↓ta Ca
E pode ser calculado pela equação:
Ca J N
ta
= ×
×
∆
9 55,
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Motor assíncrono
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 5
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Secção transversal de um motor
assíncrono
Ventilador
Rolamentos
Bornes de conexão
Enrolamentos Rotor
Eixo
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Nk
C , I
CN IN
Ck
CA
Ponto de
operação
Cn
NN Ns N
I
5 a 7
3
1
~1,5
0
2 Cm/n
5 a 7
Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Características de torque e corrente vs
rotação em motores de gaiola
5 a 7 x IN
C0
IA
IN
CS
I
0 0
C`
CN
CP
NN NS
CP
CL
C0
CN
C0
CN
SN
conjugado máximo
conjugado de carga
conjugado de partida
conjugado nominal
1,5 x CN
0,4 x CP
1% ¸ 10%
(285 ¸ 0,5kW)
N =
60x f
p
[ rpm ]
N
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Nk
C , I
CN IN
Ck
CA
Ponto de
operação
Cn
NN Ns N
I
5 a 7
3
1
~1,5
0
Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características
2
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Enfraquecimento de campo na práticaEnfraquecimento de campo na prática
A relação tensão/freqüência (fluxo) é
mantida constante ou otimizada
Logo: cte
f
U ==φ
O conjugado se mantém constante para
uma dada carga
C k aI= × ×φ
A potência varia proporcionalmente à
variação de rotação
P C N= ×
9 55,
A tensão mantém-se constante, a
frequência varia.
Logo, o fluxo se reduz com o aumento
da frequência
( )U cte
f ↑
⇒ ↓φ
A corrente Ia tende a compensar a
redução do fluxo, tentando manter C
constante
C k aI= × ↓ × ↑φ
O limite de corrente do inversor poderá
ser atingido, causando o seu
desligamento, ou o motor poderá se
sobreaquecer
FAIXA DE OPERAÇÃO NOMINAL ENFRAQUECIMENTO DE CAMPO
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 10
s
Diagrama torque / rotação de um motor de gaiola
C
CN
CKNCKN = constante
CN
1,0
2,0
2,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8
zona fluxo cte
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
zona enfraq. campo
SN
N
NSSN = constante
CN = constante
>30%
O conjugado do acionamento se reduz naO conjugado do acionamento se reduz na
zona de enfraquecimento de campozona de enfraquecimento de campo
kC
N
=
1
2
nC N
=
1
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de
inversores de freqüênciainversores de freqüência
CL=cte
CL~N
CL~N2
CL~1/N
1. Característica da carga acionada
Conjugado constante Conjugado linear
Conjugado hiperbólicoConjugado quadrático
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 19
s
Carga de Torque Constante ou Variável?Carga de Torque Constante ou Variável?
Velocidade
Características Torque x Velocidade de algumas cargas
Bomba, Ventilador
Extrusora, Misturador
Transportador
Compressor
Torque
Característica de Carga Torque Variável
100% Freqüência Nominal
Torque - proporcional ao
quadrado da velocidade
Potência - proporcional
ao cubo da velocidade
As Cargas de Torque Variável, tais como certas Bombas e Ventiladores normalmente não exigem
sobrecarga e funcionam com grande redução da potência consumida abaixo da freqüência nominal.
Por esse motivo, as unidades MIDIMASTER possuem maior capacidade quando operadas com
Bombas ou Ventiladores . A mesma é automaticamente habilitada quando P077 = 002 -
Característica de Torque Variável.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 20
s
Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de
inversores de freqüênciainversores de freqüência
2. Regime de serviço + ciclo de operação da carga
→Aceleração e frenagem
→Ciclo de acelerações/frenagens por período
t1 t2 t3 t4
P1
P2
P3
P4
P, C, I
t(s)
T
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 21
s
Critérios para dimensionamento doCritérios para dimensionamento do
inversor de freqüênciainversor de freqüência
M
~
}
LL
M
~
}
< L / 2< L / 2
Distância entre o inversor e o motor
Cabos não blindados
Cabos blindados
Quanto maior for o comprimento dos cabos
entre o inversor e o motor, maior será seu efeito
capacitivo.
Este efeito eleva a necessidade de corrente para
uma dada carga, sobrecarregando o inversor.
Devem ser previstos filtros na saída do inversor
para compensar este efeito, ou sobredimensionar
o aparelho para suportar a corrente maior.
Os filtros podem ser indutivos, dv/dt ou senoidais.
Obs.: Com cabos blindados este efeito se eleva
de 2 a 3 vezes se comparado com cabos não-
blindados
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 22
s
Operação com Cabos LongosOperação com Cabos Longos
Alta freqüência e pulsos da
tensão de chaveamento fazem
com que correntes residuais
fluam para a terra por efeito
capacitivo.
O problema se agrava no caso
de cabos longos e/ou
blindados.
Solução:
Aumente a capacidade nominal do inversor, com maior intensidade
de corrente, ou use um reator de saída a fim de reduzir as correntes
capacitivas.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 23
s
M
~
M
~
M
~
d1 d2
d3
dtotal=d1 + d2 + d3
dtotal=d1 + d2 + d3
L
Acionamentos Multi-MotoresAcionamentos Multi-Motores
Efeito capacitivo presente - deve ser
considerada a soma dos comprimentos dos
cabos do inversor aos motores
Regulação vetorial deixa de ser possível
Os motores deixam de ser
protegidos pelo inversor
A corrente nominal do
inversor deve ser maior do
que a soma das correntes
dos motores
Todos os motores girarão de
forma igual
I1 I2 I3
Iinv > I1 + I2 + I3
Iinv > I1 + I2 + I3
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 24
s
Retificador
Fase L1 Fase L2 Fase L3
Curto devido à comutação
entre fases
Curto devido à comutação
entre fases
L1
L2
L3
Geração de harmônicosGeração de harmônicos
U (V)
Ifase (A)
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 25
s
Problemas Potenciais de AlimentaçãoProblemas Potenciais de Alimentação
MICROMASTER Motor
Equipamentos de
Correção de Fator
de Potência
Máquinas
de Solda
Aquecedores
RF etc.
Grandes Drives
e Sistemas
Eletrônicos de
Potência
Descargas Atmosféricas,
Falhas no Sistema
de Potência
instale aqui um Reator de
Entrada e equipamento
de Proteção contra Sobretensões
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 26
s
HarmônicasHarmônicas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
50
150
250
350
450
550
650
•Estas são as Harmônicas medidas para inversores conectados a redes mono e trifásicas.
•As Harmônicas dependem da alimentação, e os resultados diferem dos teóricos.
Freqüência Harmônica
Alimentações Trifásicas
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
50
150
250
350
450
550
650
Freqüência Harmônica
Alimentações monofásicas
Corrente
(totalRMS=1)
Corrente(totalRMS=1)
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
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s
Níveis Típicos de Corrente HarmônicaNíveis Típicos de Corrente Harmônica
Tipo de
Inversor /
Tensão de
Alimentação
Harm
ônica
nr.
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 1%
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 2%
Harmônicas
Típicas de
Corrente com
impedância de
entrada 4%
230V 1ac 1 100% 100% 100%
3 87.9 83.1 76.2
5 68.2 56.9 41.3
7 45.5 29.2 14.3
9 24.2 10.8 6.3
11 9.1 7.7 6.3
13 6.1 6.2 3.2
230V 3ac 1 100% 100% 100%
MDV2200/2 5 72.9 56.3 39.4
e menores 7 48.4 31.3 14.7
11 10.6 6.6 6.9
13 5.5 6.6 3.4
400/500V 1 100% 100% 100%
3ac 5 72.5 62.0 41.0
MDV3700/3 7 52.6 36.7 16.5
e menores 11 17.0 7.4 7.3
13 7.2 6.2 3.2
400/500V 1 100% 100% 100%
3ac 5 42.7 37.8 32.6
MDV4500/3 7 17.7 13.2 9.2
e maiores 11 6.7 7.1 6.9
13 4.0 3.5 3.3
Níveis elevados em unidades
monofásicas
Melhora em unidades trifásicas
Unidades maiores possuem um
choke DC embutido - níveis
reduzidos
Para impedâncias de entradaPara impedâncias de entrada
menores que 0,5% émenores que 0,5% é
recomendado o uso derecomendado o uso de
Reator de Entrada.Reator de Entrada.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 28
s
HarmônicosHarmônicos
M
L1 L2 L3
Efeitos dos HarmônicosEfeitos dos Harmônicos
- Afetam a isolação de motores, transformadores
e cabos
- Geram maior aquecimento destes componentes
- Afetam a operação de aparelhos eletrônicos
“funcionamento maluco”
Sistema de alimentação
Os inversores tanto podem
gerar harmônicos como são
afetados pelos gerados por
outros aparelhos.
Trafo de alimentação
Solução:Solução:
Acrescentar na entrada
do acionamento reatores
capazes de filtrar os
harmônicos.
M M
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 29
s
• O que é EMC?
• Por que é um problema?
• Como limitar os efeitos -
Junto da unidade?
Externamente?
• Explicação de Alguns Termos
• Quais são as recomendações chave?
• Exemplos
Compatibilidade Eletromagnética - EMCCompatibilidade Eletromagnética - EMC
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 30
s
Os Drives de velocidade variável geram várias interferências em uma ampla gama de freqüência, a qual
pode ser reduzida, mas não eliminada, por um filtro. A interferência irradiada exige medidas adicionais.
Sem Filtro Com Filtro
Interferência Eletromagnética em DrivesInterferência Eletromagnética em Drives
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 31
s
EMC: as Regras de InstalaçãoEMC: as Regras de Instalação
1. Aterre todas as partes metálicas com cordoalhas planas.
2. Separe os cabos de sinal dos de potência.
3. Suprima todas as bobinas,contactores, relés, solenóides,etc.; usando
supressores RC.
4. Utilize cabos blindados ou pares torcidos onde for possível,
especialmente nos circuitos de comando.
5. Evite execuções ou loops com cabos extensos. Mantenha os cabos
próximos a partes metálicas aterradas.
6. Aterre ambas as extremidades dos cabos não utilizados.
7. Utilize, se possível freqüências de chaveamento mais baixas.
8. Instale filtros RFI em ambientes sensíveis a interferências
eletromagnéticas.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 32
s
M
3 ~
Retificador Link DC Inversor
I.
S
Z
N
cabo do motor shieldado.
ZE
EMC: Bom AterramentoEMC: Bom Aterramento
Esta impedância deve ser baixa, do
contrário será gerada uma tensão de
interferência.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 33
s
M
3~U
Z E
I
S
C
P
C
PZ N
t
t
Is
U
A corrente parasita Is e a queda de
tensão nas impedâncias Zn e Zs podem
perturbar outros equipamentos
M
3 ~
Z
N
Z
E
I S
F r e q u e n c y c o n v e r t e rL in e f ilt e r S h ie ld e d m o t o r c a b le
A colocação de um filtro supressor de
RFI, aliado à ligação do motor ao
inversor por cabos blindados cria uma
rota definida para a rádio-interferência,
controlando sua influência em
equipamentos externos
O inversor de freqüência como fonte de RFI:
Emissão de rádio-interferênciaEmissão de rádio-interferência
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 34
s
Recepção de rádio-interferênciaRecepção de rádio-interferência
Z i
Is
N o is e
s o u r c e
U n it
B o a r d
S ig n a l
c a b le
C
k
Z iIs
N o is e
s o u r c e
U n it
B o a r d
S h ie ld e d
s ig n a l
c a b le
C
k
F ilt e r
Se o ruído flui por um módulo que contém
componentes eletrônicos sensíveis ( p. ex.
microprocessadores) estes poderão ter seu
funcionamento afetado.
Utilizando cabos blindados aterrados
em ambas as extremidades cria-se
uma rota para a terra, por onde o
ruído irá fluir
O inversor de freqüência como receptor de RFI:
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 35
s
EMC: Bom Aterramento na PráticaEMC: Bom Aterramento na Prática
Barra condutora para
conexão principal à terra.
Cordoalha chata e curta
onde for possível.
Fio terra espesso
encordoado.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 36
s
Bom Aterramento dos Cabos de ControleBom Aterramento dos Cabos de Controle
Malha de blindagem
solidamente aterrada no
chassis
* Aterramento dos
cabos de sinais
digital e analógico,
em ambas
extremidades.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 37
s
Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento
Painel
Motor e
Máquina
Partições metálicas
recomendadas
Alimentação
Filtro
Inversor e
módulo de
frenagem
Sistema de
Controle e
Sensoreamento
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 38
s
Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento
• Separe a potência, o controle, a
entrada de potência, etc., em
diferentes zonas.
• Certifique-se de que cabos de
diferentes zonas estão roteados em
dutos separados.
• Utilize blindagem entre as diferentes
Zonas.
• Certifique-se de que os cabos se
cruzam em ângulos retos a fim de
minimizar acoplamentos.
Instalação Pobre em
EMC: toda a fiação
misturada.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 39
s
Supressão de BobinasSupressão de Bobinas
Use Supressores em todos
os contatores/relés, etc.,
usando Varistores, Diodos,
ou (melhor) circuitos RC.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 40
s
L1 L2 L3 PE
L1L2L3PE
cabo
do
motor*
cabo
de
comando
Inversor
cabo de rede
terminais de
aterramento
100mm
à
300mm
filtro
checar a isolação do cabo
e conectar a blindagem às
partes metálicas
cabo
blindado
* indicações: a blindagem deve ser conectada ao motor
Emprego de filtro contra rádio-interferência para reduzirEmprego de filtro contra rádio-interferência para reduzir
perturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Masterperturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Master
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 41
s
EMC: O que não fazer para evitá-laEMC: O que não fazer para evitá-la
O filtro apresenta baixo desempenho
devido ao aterramento pobre e
porque os cabos estão passados,
permitindo acoplamento, ao seu
redor.
Não existe Zoneamento.
Os fios estão cruzados, livres do
compartimento metálico e amarrados
uns aos outros, reforçando a
possibilidade de irradiação de EMI.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 42
s
EMC: ResumindoEMC: Resumindo
• Planeje a instalação tendo em mente a EMC.
• Separe a blindagem dos diferentes componentes em compartimentos
diferentes.
Considere a utilização de gabinetes, etc, com grade de proteção embutida.
• Separe os cabos do Motor dos cabos de sinal.
Aterre ambas as terminações dos cabos analógicos e digitais blindados.
Separe-os se necessário.
• Conexão equipotencial para correntes de alta freqüência.
Cabos de conexão chatos, espessos e encordoados (cordoalhas).
Lembre-se: Prevenir é melhor - e mais barato - que remediar.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 43
s
Solução de Problemas em CampoSolução de Problemas em Campo
Diagnóstico de Problemas com EMC:
A EMC é o principal motivo de problemas em instalações. Procure:
• Problemas causados por outros equipamentos tais como Equipamentos de Correção de
Fator de Potência, Grandes Drives ou Máquinas de Solda, Contatores sem Supressor,
Freios Eletromagnéticos, Relés, etc.
• Cabos de Alimentação e do Motor não Shieldados.
• Aterramento ineficaz do próprio inversor, motor e equipamentos associados (PLCs).
• Ruído nos sinais de controle devido a aterramento ineficaz ou caminhamento dos cabos.
• Existe um padrão para ocorrer a falha; outra máquina sendo ligada, em fins de semana, ou
logo pela manhã?
A utilização de osciloscópio lhe ajudará a constatar que possui um
problema de instalação, de fato.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 59
s
Dados Típicos sobre Redução (de-rating) daDados Típicos sobre Redução (de-rating) da
Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz.Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz.
10 20 30 40 50 60 70 80
100
%
M /M
Zona de enfraquecimento de campoi iFluxo constante
Utilized temperature rise class F
Utilized to temperature rise class B
Com ventilação forçada
f [Hz]
n
90
80
70
60
to
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 62
s
Instalação do MICROMASTERInstalação do MICROMASTER
Alguns Pontos Óbvios.Alguns Pontos Óbvios.
• Não ligue ou desligue a saída enquanto o inversor estiver em funcionamento.
• Não controle o motor interrompendo a alimentação; utilize uma entrada digital para
Partir, Parar, Alterar Velocidade, etc.
• Desconecte qualquer controle estrêla/triângulo, etc.
• O inversor não apresenta a mesma capacidade de sobrecarga que um motor direto
na rede; sobredimensione se necessário.
• As exigências de proteção e fiação são diferentes das exigências de uma partida
direta na rede;verifique o manual.
• Leia e siga as instruções sobre EMC.
• Não acione um motor acima de sua velocidade nominal sem antes certificar-se de
que é possível.
• Se o motor deve funcionar em baixa velocidade com carga elevada, certifique-se de
que esteja corretamente dimensionado, ou se possui ventilação forçada, uma vez
que o ventilador embutido não fornecerá refrigeração apropriada.
Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável
Página 63
s

Erros de instalação mais comuns, ouErros de instalação mais comuns, ou
como NÃO instalar um conversor decomo NÃO instalar um conversor de
freqüênciafreqüência
Montar aparelho em painel sem ventilação suficiente
Não observar a temperatura do ambiente para dimensionar a ventilação
Instalar o inversor em rede de alimentação que possui correção de fator de
potência, sem isolá-lo do circuito
Não aterrar corretamente o inversor
Comandar o liga/desliga do inversor pela alimentação
Conectar / desconectar o motor do inversor enquanto em funcionamento
Inverter a alimentação com a saída de potência do inversor
Ligar um inversor de 220 V em rede elétrica 380 V ou maior
Inverter a ligação do potenciômetro, curto-circuitando a fonte de 10 Vcc
Utilizar potenciômetro de resistência menor que 4 k 7 Ohms
Utilizar as fontes de 10 Vcc ou 15 Vcc para alimentar algum componente
externo

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Teoria

  • 1. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 1 s ACIONAMENTOS DE VELOCIDADE VARIÁVEL
  • 2. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 2 s Comportamento de cargas Para um sistema dotado de movimento de rotação temos: P C N= × 9 55, “Se uma carga mecânica requer determinada potência P, equivale a necessitar de um dado conjugado C a uma dada rotação N” C equivale a “FORÇA” N equivale a “VELOCIDADE” Força (F) Raio (r) C F r= ×
  • 3. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 3 s Aceleração e frenagem O conjugado necessário para acelerar (ou frear) uma dada carga depende da: •Inércia da carga •Faixa de variação de rotação •Tempo de aceleração (frenagem) ↑ ⇒ ↑J Ca ↑ ⇒ ↑∆N Ca ↑ ⇒ ↓ta Ca E pode ser calculado pela equação: Ca J N ta = × × ∆ 9 55,
  • 4. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 4 s Motor assíncrono
  • 5. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 5 s Secção transversal de um motor assíncrono Ventilador Rolamentos Bornes de conexão Enrolamentos Rotor Eixo
  • 6. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 6 s Nk C , I CN IN Ck CA Ponto de operação Cn NN Ns N I 5 a 7 3 1 ~1,5 0 2 Cm/n 5 a 7 Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características
  • 7. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 7 s Características de torque e corrente vs rotação em motores de gaiola 5 a 7 x IN C0 IA IN CS I 0 0 C` CN CP NN NS CP CL C0 CN C0 CN SN conjugado máximo conjugado de carga conjugado de partida conjugado nominal 1,5 x CN 0,4 x CP 1% ¸ 10% (285 ¸ 0,5kW) N = 60x f p [ rpm ] N
  • 8. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 8 s Nk C , I CN IN Ck CA Ponto de operação Cn NN Ns N I 5 a 7 3 1 ~1,5 0 Motor de gaiola - curvas característicasMotor de gaiola - curvas características 2
  • 9. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 9 s Enfraquecimento de campo na práticaEnfraquecimento de campo na prática A relação tensão/freqüência (fluxo) é mantida constante ou otimizada Logo: cte f U ==φ O conjugado se mantém constante para uma dada carga C k aI= × ×φ A potência varia proporcionalmente à variação de rotação P C N= × 9 55, A tensão mantém-se constante, a frequência varia. Logo, o fluxo se reduz com o aumento da frequência ( )U cte f ↑ ⇒ ↓φ A corrente Ia tende a compensar a redução do fluxo, tentando manter C constante C k aI= × ↓ × ↑φ O limite de corrente do inversor poderá ser atingido, causando o seu desligamento, ou o motor poderá se sobreaquecer FAIXA DE OPERAÇÃO NOMINAL ENFRAQUECIMENTO DE CAMPO
  • 10. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 10 s Diagrama torque / rotação de um motor de gaiola C CN CKNCKN = constante CN 1,0 2,0 2,5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 zona fluxo cte 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 zona enfraq. campo SN N NSSN = constante CN = constante >30% O conjugado do acionamento se reduz naO conjugado do acionamento se reduz na zona de enfraquecimento de campozona de enfraquecimento de campo kC N = 1 2 nC N = 1
  • 11. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 18 s Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de inversores de freqüênciainversores de freqüência CL=cte CL~N CL~N2 CL~1/N 1. Característica da carga acionada Conjugado constante Conjugado linear Conjugado hiperbólicoConjugado quadrático
  • 12. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 19 s Carga de Torque Constante ou Variável?Carga de Torque Constante ou Variável? Velocidade Características Torque x Velocidade de algumas cargas Bomba, Ventilador Extrusora, Misturador Transportador Compressor Torque Característica de Carga Torque Variável 100% Freqüência Nominal Torque - proporcional ao quadrado da velocidade Potência - proporcional ao cubo da velocidade As Cargas de Torque Variável, tais como certas Bombas e Ventiladores normalmente não exigem sobrecarga e funcionam com grande redução da potência consumida abaixo da freqüência nominal. Por esse motivo, as unidades MIDIMASTER possuem maior capacidade quando operadas com Bombas ou Ventiladores . A mesma é automaticamente habilitada quando P077 = 002 - Característica de Torque Variável.
  • 13. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 20 s Critérios para dimensionamento deCritérios para dimensionamento de inversores de freqüênciainversores de freqüência 2. Regime de serviço + ciclo de operação da carga →Aceleração e frenagem →Ciclo de acelerações/frenagens por período t1 t2 t3 t4 P1 P2 P3 P4 P, C, I t(s) T
  • 14. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 21 s Critérios para dimensionamento doCritérios para dimensionamento do inversor de freqüênciainversor de freqüência M ~ } LL M ~ } < L / 2< L / 2 Distância entre o inversor e o motor Cabos não blindados Cabos blindados Quanto maior for o comprimento dos cabos entre o inversor e o motor, maior será seu efeito capacitivo. Este efeito eleva a necessidade de corrente para uma dada carga, sobrecarregando o inversor. Devem ser previstos filtros na saída do inversor para compensar este efeito, ou sobredimensionar o aparelho para suportar a corrente maior. Os filtros podem ser indutivos, dv/dt ou senoidais. Obs.: Com cabos blindados este efeito se eleva de 2 a 3 vezes se comparado com cabos não- blindados
  • 15. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 22 s Operação com Cabos LongosOperação com Cabos Longos Alta freqüência e pulsos da tensão de chaveamento fazem com que correntes residuais fluam para a terra por efeito capacitivo. O problema se agrava no caso de cabos longos e/ou blindados. Solução: Aumente a capacidade nominal do inversor, com maior intensidade de corrente, ou use um reator de saída a fim de reduzir as correntes capacitivas.
  • 16. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 23 s M ~ M ~ M ~ d1 d2 d3 dtotal=d1 + d2 + d3 dtotal=d1 + d2 + d3 L Acionamentos Multi-MotoresAcionamentos Multi-Motores Efeito capacitivo presente - deve ser considerada a soma dos comprimentos dos cabos do inversor aos motores Regulação vetorial deixa de ser possível Os motores deixam de ser protegidos pelo inversor A corrente nominal do inversor deve ser maior do que a soma das correntes dos motores Todos os motores girarão de forma igual I1 I2 I3 Iinv > I1 + I2 + I3 Iinv > I1 + I2 + I3
  • 17. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 24 s Retificador Fase L1 Fase L2 Fase L3 Curto devido à comutação entre fases Curto devido à comutação entre fases L1 L2 L3 Geração de harmônicosGeração de harmônicos U (V) Ifase (A)
  • 18. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 25 s Problemas Potenciais de AlimentaçãoProblemas Potenciais de Alimentação MICROMASTER Motor Equipamentos de Correção de Fator de Potência Máquinas de Solda Aquecedores RF etc. Grandes Drives e Sistemas Eletrônicos de Potência Descargas Atmosféricas, Falhas no Sistema de Potência instale aqui um Reator de Entrada e equipamento de Proteção contra Sobretensões
  • 19. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 26 s HarmônicasHarmônicas 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 50 150 250 350 450 550 650 •Estas são as Harmônicas medidas para inversores conectados a redes mono e trifásicas. •As Harmônicas dependem da alimentação, e os resultados diferem dos teóricos. Freqüência Harmônica Alimentações Trifásicas 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 50 150 250 350 450 550 650 Freqüência Harmônica Alimentações monofásicas Corrente (totalRMS=1) Corrente(totalRMS=1)
  • 20. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 27 s Níveis Típicos de Corrente HarmônicaNíveis Típicos de Corrente Harmônica Tipo de Inversor / Tensão de Alimentação Harm ônica nr. Harmônicas Típicas de Corrente com impedância de entrada 1% Harmônicas Típicas de Corrente com impedância de entrada 2% Harmônicas Típicas de Corrente com impedância de entrada 4% 230V 1ac 1 100% 100% 100% 3 87.9 83.1 76.2 5 68.2 56.9 41.3 7 45.5 29.2 14.3 9 24.2 10.8 6.3 11 9.1 7.7 6.3 13 6.1 6.2 3.2 230V 3ac 1 100% 100% 100% MDV2200/2 5 72.9 56.3 39.4 e menores 7 48.4 31.3 14.7 11 10.6 6.6 6.9 13 5.5 6.6 3.4 400/500V 1 100% 100% 100% 3ac 5 72.5 62.0 41.0 MDV3700/3 7 52.6 36.7 16.5 e menores 11 17.0 7.4 7.3 13 7.2 6.2 3.2 400/500V 1 100% 100% 100% 3ac 5 42.7 37.8 32.6 MDV4500/3 7 17.7 13.2 9.2 e maiores 11 6.7 7.1 6.9 13 4.0 3.5 3.3 Níveis elevados em unidades monofásicas Melhora em unidades trifásicas Unidades maiores possuem um choke DC embutido - níveis reduzidos Para impedâncias de entradaPara impedâncias de entrada menores que 0,5% émenores que 0,5% é recomendado o uso derecomendado o uso de Reator de Entrada.Reator de Entrada.
  • 21. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 28 s HarmônicosHarmônicos M L1 L2 L3 Efeitos dos HarmônicosEfeitos dos Harmônicos - Afetam a isolação de motores, transformadores e cabos - Geram maior aquecimento destes componentes - Afetam a operação de aparelhos eletrônicos “funcionamento maluco” Sistema de alimentação Os inversores tanto podem gerar harmônicos como são afetados pelos gerados por outros aparelhos. Trafo de alimentação Solução:Solução: Acrescentar na entrada do acionamento reatores capazes de filtrar os harmônicos. M M
  • 22. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 29 s • O que é EMC? • Por que é um problema? • Como limitar os efeitos - Junto da unidade? Externamente? • Explicação de Alguns Termos • Quais são as recomendações chave? • Exemplos Compatibilidade Eletromagnética - EMCCompatibilidade Eletromagnética - EMC
  • 23. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 30 s Os Drives de velocidade variável geram várias interferências em uma ampla gama de freqüência, a qual pode ser reduzida, mas não eliminada, por um filtro. A interferência irradiada exige medidas adicionais. Sem Filtro Com Filtro Interferência Eletromagnética em DrivesInterferência Eletromagnética em Drives
  • 24. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 31 s EMC: as Regras de InstalaçãoEMC: as Regras de Instalação 1. Aterre todas as partes metálicas com cordoalhas planas. 2. Separe os cabos de sinal dos de potência. 3. Suprima todas as bobinas,contactores, relés, solenóides,etc.; usando supressores RC. 4. Utilize cabos blindados ou pares torcidos onde for possível, especialmente nos circuitos de comando. 5. Evite execuções ou loops com cabos extensos. Mantenha os cabos próximos a partes metálicas aterradas. 6. Aterre ambas as extremidades dos cabos não utilizados. 7. Utilize, se possível freqüências de chaveamento mais baixas. 8. Instale filtros RFI em ambientes sensíveis a interferências eletromagnéticas.
  • 25. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 32 s M 3 ~ Retificador Link DC Inversor I. S Z N cabo do motor shieldado. ZE EMC: Bom AterramentoEMC: Bom Aterramento Esta impedância deve ser baixa, do contrário será gerada uma tensão de interferência.
  • 26. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 33 s M 3~U Z E I S C P C PZ N t t Is U A corrente parasita Is e a queda de tensão nas impedâncias Zn e Zs podem perturbar outros equipamentos M 3 ~ Z N Z E I S F r e q u e n c y c o n v e r t e rL in e f ilt e r S h ie ld e d m o t o r c a b le A colocação de um filtro supressor de RFI, aliado à ligação do motor ao inversor por cabos blindados cria uma rota definida para a rádio-interferência, controlando sua influência em equipamentos externos O inversor de freqüência como fonte de RFI: Emissão de rádio-interferênciaEmissão de rádio-interferência
  • 27. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 34 s Recepção de rádio-interferênciaRecepção de rádio-interferência Z i Is N o is e s o u r c e U n it B o a r d S ig n a l c a b le C k Z iIs N o is e s o u r c e U n it B o a r d S h ie ld e d s ig n a l c a b le C k F ilt e r Se o ruído flui por um módulo que contém componentes eletrônicos sensíveis ( p. ex. microprocessadores) estes poderão ter seu funcionamento afetado. Utilizando cabos blindados aterrados em ambas as extremidades cria-se uma rota para a terra, por onde o ruído irá fluir O inversor de freqüência como receptor de RFI:
  • 28. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 35 s EMC: Bom Aterramento na PráticaEMC: Bom Aterramento na Prática Barra condutora para conexão principal à terra. Cordoalha chata e curta onde for possível. Fio terra espesso encordoado.
  • 29. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 36 s Bom Aterramento dos Cabos de ControleBom Aterramento dos Cabos de Controle Malha de blindagem solidamente aterrada no chassis * Aterramento dos cabos de sinais digital e analógico, em ambas extremidades.
  • 30. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 37 s Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento Painel Motor e Máquina Partições metálicas recomendadas Alimentação Filtro Inversor e módulo de frenagem Sistema de Controle e Sensoreamento
  • 31. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 38 s Separação e ZoneamentoSeparação e Zoneamento • Separe a potência, o controle, a entrada de potência, etc., em diferentes zonas. • Certifique-se de que cabos de diferentes zonas estão roteados em dutos separados. • Utilize blindagem entre as diferentes Zonas. • Certifique-se de que os cabos se cruzam em ângulos retos a fim de minimizar acoplamentos. Instalação Pobre em EMC: toda a fiação misturada.
  • 32. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 39 s Supressão de BobinasSupressão de Bobinas Use Supressores em todos os contatores/relés, etc., usando Varistores, Diodos, ou (melhor) circuitos RC.
  • 33. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 40 s L1 L2 L3 PE L1L2L3PE cabo do motor* cabo de comando Inversor cabo de rede terminais de aterramento 100mm à 300mm filtro checar a isolação do cabo e conectar a blindagem às partes metálicas cabo blindado * indicações: a blindagem deve ser conectada ao motor Emprego de filtro contra rádio-interferência para reduzirEmprego de filtro contra rádio-interferência para reduzir perturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Masterperturbações de alta freqüência nos Micro/Midi Master
  • 34. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 41 s EMC: O que não fazer para evitá-laEMC: O que não fazer para evitá-la O filtro apresenta baixo desempenho devido ao aterramento pobre e porque os cabos estão passados, permitindo acoplamento, ao seu redor. Não existe Zoneamento. Os fios estão cruzados, livres do compartimento metálico e amarrados uns aos outros, reforçando a possibilidade de irradiação de EMI.
  • 35. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 42 s EMC: ResumindoEMC: Resumindo • Planeje a instalação tendo em mente a EMC. • Separe a blindagem dos diferentes componentes em compartimentos diferentes. Considere a utilização de gabinetes, etc, com grade de proteção embutida. • Separe os cabos do Motor dos cabos de sinal. Aterre ambas as terminações dos cabos analógicos e digitais blindados. Separe-os se necessário. • Conexão equipotencial para correntes de alta freqüência. Cabos de conexão chatos, espessos e encordoados (cordoalhas). Lembre-se: Prevenir é melhor - e mais barato - que remediar.
  • 36. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 43 s Solução de Problemas em CampoSolução de Problemas em Campo Diagnóstico de Problemas com EMC: A EMC é o principal motivo de problemas em instalações. Procure: • Problemas causados por outros equipamentos tais como Equipamentos de Correção de Fator de Potência, Grandes Drives ou Máquinas de Solda, Contatores sem Supressor, Freios Eletromagnéticos, Relés, etc. • Cabos de Alimentação e do Motor não Shieldados. • Aterramento ineficaz do próprio inversor, motor e equipamentos associados (PLCs). • Ruído nos sinais de controle devido a aterramento ineficaz ou caminhamento dos cabos. • Existe um padrão para ocorrer a falha; outra máquina sendo ligada, em fins de semana, ou logo pela manhã? A utilização de osciloscópio lhe ajudará a constatar que possui um problema de instalação, de fato.
  • 37. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 59 s Dados Típicos sobre Redução (de-rating) daDados Típicos sobre Redução (de-rating) da Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz.Capacidade Nominal do Motor - 50 Hz. 10 20 30 40 50 60 70 80 100 % M /M Zona de enfraquecimento de campoi iFluxo constante Utilized temperature rise class F Utilized to temperature rise class B Com ventilação forçada f [Hz] n 90 80 70 60 to
  • 38. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 62 s Instalação do MICROMASTERInstalação do MICROMASTER Alguns Pontos Óbvios.Alguns Pontos Óbvios. • Não ligue ou desligue a saída enquanto o inversor estiver em funcionamento. • Não controle o motor interrompendo a alimentação; utilize uma entrada digital para Partir, Parar, Alterar Velocidade, etc. • Desconecte qualquer controle estrêla/triângulo, etc. • O inversor não apresenta a mesma capacidade de sobrecarga que um motor direto na rede; sobredimensione se necessário. • As exigências de proteção e fiação são diferentes das exigências de uma partida direta na rede;verifique o manual. • Leia e siga as instruções sobre EMC. • Não acione um motor acima de sua velocidade nominal sem antes certificar-se de que é possível. • Se o motor deve funcionar em baixa velocidade com carga elevada, certifique-se de que esteja corretamente dimensionado, ou se possui ventilação forçada, uma vez que o ventilador embutido não fornecerá refrigeração apropriada.
  • 39. Introdução aos Acionamentos de Velocidade Variável Página 63 s  Erros de instalação mais comuns, ouErros de instalação mais comuns, ou como NÃO instalar um conversor decomo NÃO instalar um conversor de freqüênciafreqüência Montar aparelho em painel sem ventilação suficiente Não observar a temperatura do ambiente para dimensionar a ventilação Instalar o inversor em rede de alimentação que possui correção de fator de potência, sem isolá-lo do circuito Não aterrar corretamente o inversor Comandar o liga/desliga do inversor pela alimentação Conectar / desconectar o motor do inversor enquanto em funcionamento Inverter a alimentação com a saída de potência do inversor Ligar um inversor de 220 V em rede elétrica 380 V ou maior Inverter a ligação do potenciômetro, curto-circuitando a fonte de 10 Vcc Utilizar potenciômetro de resistência menor que 4 k 7 Ohms Utilizar as fontes de 10 Vcc ou 15 Vcc para alimentar algum componente externo

Editor's Notes

  1. Anotações:
  2. Anotações:
  3. The cables have a capacitance to ground and to one another. Screened cables are worse than loose cables. The longer the cable, the greater the capacitance. The fast switching edges of the inverter cause current to flow in the stray capacitance. if the current is too high, the inverter will give false current readings and may overheat and trip. Additional information is available giving the maximum cable lengths that can be used. For longer than standard cable lengths, drives can be De-rated, or inductors can be fitted in the output to counter the effect of the capacitance. De-rating tables are available for many products for use with screened and unscreened cables, although actual performance will depend on the type of cable, the cable routing etc. Check that the voltage drop with long cables does not exceed 5%. Use ohms law and cable resistance data. All inverters suffer from cable capacitance to a greater or lesser degree.
  4. Supply harmonics are very dependent on supply impedance. These results were taken from a standard industrial supply of between 2% and 5% impedance. Theoretically there should be no 3rd harmonic 150Hz component with a three phase system; imbalance in the supply or load variations may have caused these results.
  5. EMC is the ability for electronic and electrical equipment to operate together without interference. Electromagnetic Interference (EMI) is the unwanted electromagnetic ‘noise’ generated by equipment that can lead to problems. This used to be referred to as Radio Frequency Interference (RFI).
  6. The addition of a filter reduces the levels below the limit.
  7. These are the most important rules. Additional points Coupled-in noise is reduced if cables are routed close to the grounded cabinet panels. Tachometers, encoders or resolvers etc. must be connected through a shielded cable. The shields of digital signal cables must be connected to ground at both ends (transmitter and receiver) through the largest possible surface area. The shields of analog signal cables can be connected to ground at both ends if potential bonding is good. Good potential bonding can be assumed if rule 1 is maintained. If drives are controlled from an external 24 V power supply, it is not permissible that this powers supply feeds other loads. Drives and automation devices/control electronics should not be connected to the same supply, this allows noise to be coupled-in through the supply. A transformer (control transformer) for the automation devices/control electronics is adequate to provide de-coupling. To maintain limit value class &amp;quot;A1&amp;quot; or &amp;quot;B1&amp;quot; (EN 55011), it is necessary to use a radio interference suppression filter, unless the unit has a built in filter. Always locate a radio interference suppression filter close to the noise source. The input and output cables of the radio interference suppression filter should be separated. All variable-speed motors must be connected using shielded cables, and the shields must be connected to the housings/enclosures at both ends through the largest possible surface area. The line supply cable must be spatially separated from the motor feeder cables, e. g. using grounded isolating panels.
  8. Star grounding is generally considered a good solution, but a good solid busbar is also effective.
  9. By separating ‘clean’ and ‘dirty’ areas, the EMI can be contained. Once separate zones are identified, installation should be carried out with due regard to installation guide-lines.
  10. Although the wiring here is tidy, all cables are in the same ducting, and interference can be easily coupled between them. In particular, the motor cables are not screened, and the high levels of dV/dt will cause
  11. Switching transients are a major source of high energy interference. Transients arise either from the switching of the load itself (especially where the load inductive, such as motors or brake systems) or from the switching of the contactor coils. Contactor coils must be suppressed to prevent their inductive energy from causing arcing and high voltage transients. Transient Voltage Suppressors and (for DC coils) ‘flywheel’ diodes limit the size of the transient voltage, but Resistor/Capacitor networks are better because they limit and dampen the high frequency components of the transients. Most manufacturers of contactor supply modular RC networks that are easy to install.
  12. To get maximum performance from the motor, the optimum flux must be maintained at all times.
  13. This form of vector control is known as field oriented vector control and was developed by Dr Blaschke of Siemens AG in 1974
  14. The temperature is important because the rotor resistance varies with temperature and this has a fundamental effect on performance.
  15. Slip is easily compensated for because torque and flux currents are measured accurately in a sensorless vector control system.
  16. This an industry standard calculation. The calculation for a naturally cooled cabinet is based on the thermal performance of a 2mm painted steel cabinet, but is valid for most cubicle types. The fan cooled calculation is based on a the thermal capacity of the air which is exchanged by the fan at normal pressure. Remember to include heat loss from all components within the cabinet.
  17. The cables have a capacitance to ground and to one another. Screened cables are worse than loose cables. The longer the cable, the greater the capacitance. The fast switching edges of the inverter cause current to flow in the stray capacitance. if the current is too high, the inverter will give false current readings and may overheat and trip. Additional information is available giving the maximum cable lengths that can be used. For longer than standard cable lengths, drives can be De-rated, or inductors can be fitted in the output to counter the effect of the capacitance. De-rating tables are available for many products for use with screened and unscreened cables, although actual performance will depend on the type of cable, the cable routing etc. Check that the voltage drop with long cables does not exceed 5%. Use ohms law and cable resistance data. All inverters suffer from cable capacitance to a greater or lesser degree.