Inversores » Rodrigo Balani N˚ 042373 » Luiz Felipe Perrella N˚ 051273.

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1 Inversores » Rodrigo Balani N˚ 042373 » Luiz Felipe Perrella N˚ 051273

2 Inversores A eletrônica de potência, vem com o passar do tempo, tornando mais fácil (e mais barato) o acionamento de motores. Com isto, sistemas que antes usavam motores CC, pela facilidade de controle, hoje podem usar motores CA de indução graças aos Inversores. Em paralelo com o avanço da eletrônica de potência, a microeletrônica, por meio de microprocessadores e microcontroladores, tem auxiliado muito o acionamento de máquinas CA, deixando os Inversores de Freqüência com funções cada vez mais complexas.

3 O que são? Inversores são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede alternada senoidal, em tensão contínua de amplitude e freqüência constantes e finalmente convertem esta última, em uma tensão de amplitude e freqüência variáveis. Além disso, hoje em dia, eles possuem muitas outras funções que auxiliam no controle de motores entre outras coisas.

4 Aplicações Destinados inicialmente a aplicações mais simples, os inversores de freqüência são atualmente encontrados nos mais diversos usos, desde o acionamento de bombas até complexos sistemas de automação industrial. Grande parte das aplicações como bombas, ventiladores e máquinas simples, necessitam apenas de variação de velocidade e partidas suaves, sendo atendidas plenamente com o uso de inversores com tecnologia Escalar. Outras aplicações como elevadores, guinchos e bobinadeiras necessitam além da variação da velocidade, uma variação do torque, operações em baixíssima rotação e alta velocidade de resposta necessitam de inversores com tecnologia Vetorial de Fluxo

5 Diagrama de Blocos

6 Retificador A tensão de alimentação é do tipo tensão alternada trifásica ou monofásica com freqüência fixa (ex 3 x 380V/60Hz ou 1 x 220V/60Hz) A retificação pode ser feita de maneira controlada ou não controlada

7 Retificador

8 Circuito Intermediário O Circuito intermediário pode ser visto como um reservatório do qual o motor pode drenar energia através do inversor. Serve também para deixar a tensão pulsante em tensão contínua Tipos de circuito intermediário: - Inversor fonte de corrente - Inversor fonte de tensão - Circuito intermediário com tensão CC variável

9 Circuito Intermediário Inversor fonte de corrente Inversor fonte de tensão

10 Circuito Intermediário Circuito intermediário com tensão CC variável

11 Inversor O inversor é a última conexão do inversor de freqüência antes do motor e o ponto final onde a adaptação da tensão de saída ocorre. Do circuito intermediário o conversor pode receber tanto: Uma corrente contínua variável Uma tensão contínua variável Uma tensão contínua constante. Em todos os casos o inversor assegura que a saída para o motor se torna variável. Em outras palavras, a freqüência para o motor é gerada no inversor. Se a corrente ou tensão são variáveis, o inversor gera apenas a freqüência. Se a tensão é constante o inversor gera a tensão e a freqüência.

12 Topologias Inversores Monofásicos Inversor monofásico em ponte Inversor monofásico em ponte com ponto médio Inversor Push-Pull Inversores Trifásicos

13 Inversores Monofásicos Inversor Monofásico em ponte Com carga resistiva CircuitoForma de Onda

14 Com carga indutiva

15 Análise do circuito com carga indutiva

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21 Inversor monofásico em ponte com ponto médio Principal vantagem: um único braço a ser comandado Principal desvantagem: tensão reduzida na saída (+/- E/2)

22 Inversor Push-Pull Emprega um transformador com ponto médio no primário Emprega apenas uma fonte CC Emprega apenas 2 chaves A carga é isolada da fonte

23 Inversor Trifásico Em cada instante existem 3 interruptores em condução Sempre 2 em um sentido e o outro, no sentido oposto Cada interruptor é mantido habilitado durante 180˚ havendo uma comutação a cada 60 ˚

24 Equações Trifásico

25 Então, juntando as equações anteriores, temos:

26 A potência entregue pela fonte é E Então: Analisando em função do ângulo Φ temos: Para : P > 0 ou seja o fluxo de potência vai da fonte para carga. Para : P = 0 ou seja, não há fluxo de potência Para : P < 0 ou seja o fluxo de potência vai da carga para a fonte. Para um ângulo Φ = Π apenas os diodos conduzem. A propriedade da reversibilidade é muito importante no acionamento de máquinas pelo fato de permitir a frenagem, com a inversão do sentido da corrente na fonte E. Reversibilidade dos Inversores

27 Controle de tensão nos inversores Controle de tensão na entrada do inversor - Amplamente usado. - Quando se trata de uma bateria, emprega-se um conversor CC-CC - Quando a entrada é a rede alternada, usa-se um retificador controlado. Controle de tensão na saída do inversor - Pouco usado pois é muito complicado e gera muitas harmônicas na saída Controle de tensão dentro do inversor - Defasagem - Modulação

28 Controle de tensão interno ao inversor Por Defasagem

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30 O valor de r é minimizado e assume o valor de 0,297 quando γ é 120˚. Na prática trabalha-se com r menor ou igual a 0,45. Assim, o valor eficaz da fundamental varia de 70% a 100% do seu valor máximo. Este método também é conhecido como Modulação por largura de um único pulso

31 Modulação por pulsos múltiplos e iguais entre si - PWM Linear Extensão do método anterior O número de pulsos dependerá da frequência do sinal de referência dente de serra para um T especificado A largura dos pulsos depende do valor de tensão V1 em relação a V2

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33 Harmônicas consideravelmente atenuadas quando o valor da eficaz da fundamental torna-se inferior a 60% da tensão de entrada. Quanto maior o número de pulsos por período, mais fácil será a filtragem das harmônicas da tensão de carga

34 Modulação PWM Senoidal A frequência da fundamental é definida por uma senóide Os sinais de comando dos interruptores são estabelecidos por comparação dessa senóide com uma onda triangular Os dois sinais são sincronizados de modo que a relação entre as duas frequências seja um número N inteiro dado por:

35 Tensão na carga

36 Aplicação: Controle em malha aberta de um motor de máquina de lavar

37 Circuito do Motor Torque eletromagnético: P: número de polos; wr: velocidade angular do fluxo no rotor; Variáveis: Vm, ws e wr.

38 Controle por fluxo constante Fluxo constante no entreferro: Vm não pode ser medida diretamente. Aproximação: Vs/ws constante nos terminais do motor.

39 Dificuldades do Projeto Frequência da portadora x tempo de processamento; Processadores: performance x custo; Baixas frequências: alta necessidade de memória.

40 Geração PWM discreta, sincronizada e otimizada Discreta  Relação V/f constante;  Velocidades tabeladas em memória para leitura;  Vn e fn: valores nominais.

41 Geração PWM discreta, sincronizada e otimizada Sincronizada  Transição entre frequências: variação zero de amplitude;  Detecção de zeros;  Aceleração suavizada, passando pelas frequências adjacentes.

42 Otimizada onde fa = frequência alvo ts = período de amostragem N = amostras por período da portadora frequência real: Geração PWM discreta, incronizada e otimizada