12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Implementação de um Inversor Trifásico com Sistema de Proteção para o Motor de Indução TCC – Engenharia Elétrica Gustavo S. Imperatori Orientadora: Dra. Eng. Eletricista Marília Amaral da Silveira

Apresentação: ENGENHARIA ELÉTRICA Objetivos Motivação Solução 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Apresentação: Objetivos Motivação Solução Protótipo Supervisório Resultados Conclusões Referências Vídeo 2 / 26

Objetivos: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Objetivos: Implementar um inversor trifásico com sistema de proteção para um motor de indução de 0,5 CV – 220 V, numa faixa de frequência que varia entre 10 e 80 Hz. 3 / 26

Motivação: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Motivação: Implementar um inversor de frequência trifásico utilizando o micro controlador PIC18F2431 (Microchip) e o driver IGBT FSBB15CH60C (Fairchild Semiconductor); Desenvolver um sistema de proteção para o motor contra altas temperaturas e sobrecorrentes. Um aumento de 8 a 10 °C acima do limite da classe térmica do motor, pode reduzir a vida útil do bobinado pela metade. O motor utilizado é classe B = 130 °C. 4 / 26

Solução: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Solução: Fonte de alimentação para os circuitos eletrônicos - tensões saída: +5V, +15V e -15V Circuito de controle - micro controlador PIC18F2431 Circuito de potência - driver IGBT FSBB15CH60C Circuito de proteção - sensores corrente: CLSA1CD - sensor temperatura: LM35 Interface computacional (software supervisório) - linguagem programação: C++ Builder 5 / 26

Protótipo: ENGENHARIA ELÉTRICA 6 / 26 Saída de alimentação do motor 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Protótipo: Saída de alimentação do motor Circuito potência driver IGBT FSBB15CH60C Circuito de proteção do motor Placa de distribuição alimentação (Vcc) Fonte de alimentação (+5V, +15V, -15V) Circuito controle PIC18F2431 6 / 26

Motor Utilizado e Dados de Placa 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Protótipo: Motor Utilizado e Dados de Placa Modelo A56 0397 Fabricante WEG Potência 0,5 CV Tensão 220 / 380 V Corrente 2,20 / 1,30 A Rotações 1735 rpm Frequência 60 Hz Classe de Isolação B Reg. S. 1 ip / in 5,5 Fator Sobrecarga 1,25 Grau de Proteção IP-21 Categoria N 7 / 26

Protótipo: ENGENHARIA ELÉTRICA Circuito de Controle 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Protótipo: Circuito de Controle (PIC18F2431) Circuito de Proteção do Motor (sensores temper. e corrente) 8 / 26

(para circuitos eletrônicos) 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Protótipo: Circuito de Potência (driver FSBB15CH60C) Fonte de Alimentação (para circuitos eletrônicos) 9 / 26

12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Supervisório: Tela Principal 10 / 26

12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Supervisório: Telas de Setpoint 11 / 26

FREQUÊNCIA INDIRETA (Hz) Setpoint via Supervisório 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Medições de rotação do motor FREQUÊNCIA INDIRETA (Hz) Setpoint via Supervisório ROTAÇÃO MEDIDA (rpm) No eixo do motor FREQUÊNCIA CALCULADA (Hz) 10 298,4 10,32 20 597,6 20,67 30 895,7 30,97 40 1193 41,26 50 1491 51,56 60 1787 61,79 70 2081 71,96 80 2373 82,06 s e fs – escorregamento e frequência das tensões aplicadas ao estator do motor, respectivamente; n e p – número de rotações e número de pólos do motor, respectivamente. 12 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 10 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 10 Hz 13 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 20 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 20 Hz 14 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 30 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 30 Hz 15 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 40 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 40 Hz 16 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 50 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 50 Hz 17 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 60 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 60 Hz 18 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 70 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 70 Hz 19 / 26

Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA Sinais de tensão e corrente para 80 Hz 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: Sinais de tensão e corrente para 80 Hz 20 / 26

Conclusões: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: A utilização do PIC18F2431 e do driver FSBB15CH60C, atenderam plenamente o controle tipo escalar desenvolvido. As proteções do motor atuaram corretamente conforme segue: inserir no supervisório os setpoints de temperatura e corrente desejados; quando o motor atingir o valor de temperatura ou de corrente setado no supervisório, o motor recebe do PIC o comando de parada; a nova partida do motor é permitida somente após o operador reconhecer a falha na placa de controle. 21 / 26

Conclusões: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: Após aproximadamente 1 hora com o motor ligado a vazio e com temperatura ambiente de 25°C, a temperatura interna do motor chegou a 31°C. Teve baixo aumento de temperatura. Com carga acoplada ao eixo rotórico do motor, provavelmente a temperatura nos enrolamentos do motor irá aumentar, porém este teste não foi realizado. 22 / 26

Conclusões: ENGENHARIA ELÉTRICA 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: Neste projeto a frequência de chaveamento dos IGBT’s é de 9,8kHz. Nos inversores comerciais a frequência de chaveamento pode variar entre 2kHz à 16kHz e eles possuem filtros na entrada e na saída do inversor devido as harmônicas geradas pelo chaveamento dos IGBT’s. filtro EMI na entrada do inversor: para diminuir a emissão de interferências eletromagnéticas; filtro RF na saída do inversor: para reduzir a interferência ou o ruído de radiofrequência. Como neste projeto não foram desenvolvidos filtros na entrada e na saída do inversor, encontrou-se ruídos nas senóides fundamentais apresentados anteriormente, no entanto, tais ruídos não impediram o bom funcionamento do sistema. 23 / 26

Referências: ENGENHARIA ELÉTRICA 24 / 26 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Referências: Ahmed, Ashfaq - Eletrônica de Potência – São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2000 Fitzgerald, A. E.; Kingsley Jr., C.; Umans, S. D. – Máquinas Elétricas – 6ª Ed. - Porto Alegre: Bookman, 2006 Kosow, Irwing L. – Máquinas Elétricas e Transformadores – 13ª Ed. – São Paulo: Globo, 1998 Nasar, Syed. A. – Máquinas Elétricas – São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1984 Rashid, Muhammad H. – Eletrônica de Potência: circuitos, dispositivos e aplicações – 1ª Ed. – São Paulo: Makron Books, 1999 Toro, Vicente Del – Fundamentos de Máquinas Elétricas – Rio de Janeiro: LTC, 1999 WEG. Motores – Especificação de Motores Elétricos. Revisão 09/2006. Disponível em: httcatalogo.weg.com.br/files/wegnet/zzWEG-guia-de-especificacao-de-motores-eletricos-50032749-manual-portugues-br.pdfp://. Acessado em: Março de 2012 WEG. Guia Técnico - Motores de indução alimentados por inversores de frequência. Revisão 09/2006. Disponível em: http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-motores-de-inducao-alimentados-por-inversores-de-frequencia-pwm-027-artigo-tecnico-portugues-br.pdf. Acessado em: Março de 2012 24 / 26

Demonstração de Funcionamento do Protótipo 12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA Vídeo: Demonstração de Funcionamento do Protótipo 25 / 26

12:52 ENGENHARIA ELÉTRICA OBRIGADO! 26 / 26