Eletricista de Instalações

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Eletricista de Instalações

2014/ 2015 1 Formador: António Gamboa

UFCD 1183- Variadores de

velocidade - instalação e ensaio

Historicamente

• Aperfeiçoamento nos métodos de

produção e sua racionalização,

mediante a automação e o controle os processos.

• Necessidade de controlo e variação de velocidade e binário em máquinas elétricas.

• Variações de velocidade mediante o uso de sistemas mecânicos, como caixas de engrenagens, correias e polias,

limitando os processos e as máquinas. Formador: António

Gamboa 2

Historicamente

• Controlo de rotação feito mediante o uso de motores de indução (gaiola) e acoplamentos magnéticos.

• Método com baixo rendimento, causado pelas perdas elétricas do acoplamento.

Historicamente

• Controle de velocidade com motores bobinados, mediante resistências rotóricas com reóstato externo.

• Este método apresenta baixa precisão no controle da velocidade.

• É usado apenas no arranque destes motores.

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Historicamente

• Nos motores de corrente contínua a velocidade pode ser continuamente alterada mediante a variação da tensão de alimentação.

• Apresentam binário constante em toda a gama de velocidade.

Formador: António Gamboa 5

Historicamente

• Com o aparecimento dos

semicondutores de potência,

apareceram os conversores estáticos de ponte tiristorizada, que é o método mais usado e difundido atualmente.

Historicamente

• Os sistemas de velocidade variável utilizando motores de corrente contínua e conversores estáticos aliam grandes gamas de variação de velocidade, robustez e precisão à economia de energia, o que garante um ótimo desempenho e flexibilidade.

Historicamente

• Recentemente surgiu o controlo de velocidade de motores de indução (gaiola) mediante a variação da frequência de alimentação, através de conversor CA/CA.

• Este método necessita de alguns cuidados em aplicações que exijam baixas rotações e/ou sistemas

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Métodos Convencionais de Controlo da Velocidade

• A velocidade de saída de um motor pode ser variada interpondo entre o motor e a carga de diversos tipos de dispositivos:

• caixas de velocidade com engrenagens • sistemas de correia com polias de

diâmetro variável

• embraiagens excêntricas de disco seco • transmissões hidráulicas

• embraiagens eletromagnéticas

Variadores Eletrónicos de Velocidade (VEV)

• Os VEV convertem a tensão da rede de 50 Hz numa tensão contínua e em seguida numa tensão com frequência variável sob controlo externo do utilizador que pode ir de 0 a 300 Hz, ou mais, consoante o tipo de aplicações

Variadores Eletrónicos de Velocidade (VEV)

• Diagrama geral dos variadores

eletrónicos de velocidade que utilizam inversores na saída 3 AC input AC to DC converter Filter Inverter: DC to variable voltage & frequency AC _Motor DC link Ligação DC Alimentação trifásica Rectificador CA para CC Filtro Inversor CC para CA com Frequência e tensão variável Motor

O que é um variador de velocidade?

• É uma unidade eletrónica de potência para o controlo contínuo da velocidade de motores de indução

• O controlo da velocidade economiza energia, protege a rede elétrica e a máquina, e incrementa a qualidade e o volume de produção

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O que é um variador de velocidade?

• Os variadores de velocidade são também designador por:

o Conversores de frequência

o Variadores de frequência

Como funciona um variador de velocidade?

• A velocidade do motor é controlada pela alteração da frequência da alimentação elétrica

• Converte a frequência da rede

para outra frequência entre 0 a 300 Hz ou mesmo superior, controlando a

velocidade do motor, proporcionalmente à frequência.

• Principais componentes de um variador de velocidade AC;

o Retificador o circuito CC o inversor

• 1. Unidade Retificador

• O variador de velocidade é

alimentado pela rede elétrica através de um retificador

• A unidade retificadora pode ser unidirecional ou bidirecional

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• 1. Unidade Retificador

• Se unidirecional, a unidade AC pode acelerar e rodar o motor, recebendo a energia da rede

• Se bidirecional, o variador de velocidade também pode receber a energia

mecânica de rotação do motor e do processo e injetá-la na rede elétrica

• 2. Circuito CC

• Irá armazenar a energia elétrica a partir do retificador para posteriormente ser utilizada pelo inversor

• Na maioria dos casos, a energia é

armazenada em condensadores de alta potência

• 3. Unidade Inversor

• A unidade inversor recebe a energia elétrica do circuito DC e fornece-a ao motor.

• O inversor utiliza técnicas de modulação para criar as 3 fases AC necessárias à saída para alimentar o motor

• A frequência pode ser ajustada para corresponder à necessidade do processo.

Benefícios de um variador de velocidade

• As unidades de velocidade variável para controlar o processo poupam energia e poupam a empresa de custos energéticos valiosos

• Controlar a velocidade do motor por meio de variadores de velocidade, dá vários benefícios em termos de controlo de processo, stress do sistema e

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• Poupança de energia

o Operação mais suave

o Controlo da aceleração

o Diferentes velocidades de

funcionamento para processos diferentes

o Arranque suave, baixa intensidade de

arranque

o Paragem controlada, sem golpes de

ariete

• Não é necessária compensação do fator de potência

o Compensações alterando variáveis de

processo

o Permitir operação lenta para fins de

instalação e manutenção

o Ajustar à taxa de produção

o Controlo de posicionamento preciso

o Controlo de binário

• Menor manutenção mecânica graças à redução do stress mecânico

Motor de Indução

• Arranque

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Arranque direto

• Robustos para arrancarem diretamente da rede, isto é, acelerarem a carga desde parado até à velocidade nominal, estando aplicada a tensão nominal.

• O arranque direto implica um consumo de corrente cinco a sete vezes superior à corrente nominal do motor.

Arranque direto

• Efeitos nocivos:

• Para o motor

o O excesso de corrente causa

sobreaquecimento, deteriorando os isolamentos.

• Para a instalação elétrica.

o Ou é dimensionada para estes valores de

corrente, ou disparam os dispositivos de proteção.

o Uma apreciável queda de tensão na linha

afetará o funcionamento de outros equipamentos alimentados pela mesma linha.

Arranque alternativos

• Os método de arranque alternativo,

baseiam-se todos na redução da tensão de alimentação:

o Arranque por reóstato

o Arranque por transformador ou

autotransformador

o Arranque estrela-triângulo

o Arranque por conversor eletrónico de

potência

Arranque por reóstato

• Resistência variável introduzida em série com o enrolamento do estator.

• Método pouco económico, devido às perdas por Efeito de Joule no reóstato.

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Arranque por transformador ou autotransformador

• É utilizado um transformador ou um autotransformador trifásico para auxiliar o arranque por variação da tensão de alimentação.

• Dispendioso, dado o preço do transformador.

Arranque estrela-triângulo

• Inicialmente o estator está em estrela, e,

após uma certa velocidade, comuta-se a ligação para triângulo, aumentando a tensão aplicada a cada um dos

enrolamentos.

• Antes da utilização dos conversores eletrónicos era o método de arranque mais comum.

Arranque por conversor eletrónico de potência

• O mesmo equipamento de controlo controla a velocidade e o arranque do motor.

• Os motores de rotor bobinado podem arrancar (e controlar a velocidade) por introdução de uma resistência rotórica, na fase de arranque.

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Motor de Indução

• Arranque • Arranque Formador: António Gamboa 33 • Controlo de velocidade

• O controlo de velocidade dos motores de indução (de rotor em curto-circuito) poderá ser efetuado por:

o Variação do número de pólos (do estator)

o Variação da frequência

o Variação da tensão de alimentação

o Variação da tensão e da frequência de

alimentação

Controlo de velocidade

• Os enrolamentos do estator são projetados de forma que, alterando as ligações das bobinas, o número de pólos possa ser alterado nas relações 2:1, 4:1, etc.

• Desvantagens

o Só se obtêm velocidades discretas

o Estator mais complexo, aumentando o

custo do motor

Variação do número de pólos

(do estator)

• A expressão da velocidade de

sincronismo é proporcional à frequência da tensão de alimentação.

• A rede elétrica nacional tem uma frequência fixa (50 Hz), exigindo um dispositivo eletrónico que forneça uma tensão com frequência variável - um conversor eletrónico de potência.

• Estes dispositivos fornecem uma tensão proporcional à variação da frequência por forma a manter o binário constante.

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• A variação da tensão de alimentação poderá ser feita por:

o Autotransformador;

o Conversor eletrónico de potência.

Variação da tensão de alimentação

• Os sistemas modernos de controlo de velocidade baseados em conversores eletrónicos de potência permitem:

o Controlar ao mesmo tempo a tensão e a

frequência de alimentação

o Permitem um adequado arranque e

controlo de velocidade dos motores de indução

Variação da tensão e da frequência de alimentação

Motor de Indução

• Variador de velocidade eletrónico CA para motores de indução trifásicos de 0,25kW a 4kW

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Eletricista de Instalações