Inversores parte 2

...tensão de saída do inversor de frequência é sempre quadrada. Na prática, os transístores chaveiam modulando largura de pulso (PWM), como visto na 3 apostila passada, afim de se obter uma forma de onda de tensão mais próxima da senoidal. Raramente encontramos aplicações monofásicas nas indústrias. A maioria dos inversores são trifásicos, portanto, façamos outra analogia de funcionamento, tomando como base ainda o inversor trifásico da primeira figura da apostila. A lógica de controle agora precisa distribuir os pulsos de disparos pelos 6 IGBTs, de modo a formar uma tensão de saída (embora quadrada) alternada e defasada de 120 uma da outra. Como temos 6 transistores, e devemos ligá-los 3 a 3, temos 8 combinações possíveis, porém apenas 6 serão válidas, conforme veremos a seguir. Na figura abaixo, representamos os IGBTs como chaves, pois em um inversor é assim que eles funcionam. A lógica de controle proporcionará as seguintes combinações de pulsos para ativar (ligar) os IGBTs: 1 tempo Tl, T2, T3 2 tempo T2, T3, T4 3 tempo T3, T4, T5 4 tempo T4, T5, T6 5 tempo T5, T6, T1 6 tempo T6, Tl, T2 As possibilidades Tl, T3, T5, e T4, T6, T2 não são válidas, pois ligam todas as fases do motor no mesmo potencial. Não havendo diferença de potencial, não há energia para movimentar o motor, portanto essa é uma condição proibida para o inversor. Vamos analisar uma das condições, e as restantes serão análogas. No l tempo temos Tl, T2, e T3 ligados, e os restantes desligados. O barramento DC possui uma referencia central (terra), portanto temos +V/2, e V/2 como tensão DC. Para que o motor AC possa funcionar bem, as tensões de linha Vrs, Vst, e Vtr devem estar defasadas de 120. O fato da forma-de-onda ser quadrada e não senoidal (como a rede) é apenas para facilitar o entendimento (lembre-se que na prática a modulação é PWM). Para esse primeiro tempo de chaveamento, teremos: Vrs +V/2 V/2 0 Vst +V/2 (-V/2) +V Vtr V/2 V/2 V 4 Notem que quando falamos em Vrs, por exemplo, significa a diferença de potencial entre R (no caso como Tl, está ligado é igual a + V/2) e S ( +V/2 também). Analogamente: Vst +V/2 (-V/2) + V e assim por diante. Caso façamos as seis condições (tempos) que a lógica de controle estabelece aos IGBTs, teremos a seguinte distribuição de tensões nas 3 fases do motor. Traduzindo essa tabela em um diagrama de tempos, teremos as três formas de onda de tensão, conforme mostra a figura abaixo. Notem que as três fases estão defasadas de 120 elétricos, exatamente como a rede elétrica trifásica. Curva V/F Como vimos anteriormente, se variarmos a frequência da tensão de saída no inversor alteramos na mesma proporção, a velocidade de rotação do motor. Normalmente, a faixa de variação de frequência dos inversores fica entre 0,5 e 400 Hz, dependendo da marca e modelo. (Obs: para trabalhar em frequências muito altas, o motor deve ser preparado). A função do inversor de frequência, entretanto, não é apenas controlar a velocidade de um motor AC. Ele precisa manter o torque (conjugado) constante para não provocar alterações na rotação quando o motor estiver com carga. Um exemplo clássico desse problema é em uma máquina operatriz. Imaginem um inversor controlando a velocidade de rotação de uma placa (parte da máquina onde a peça a ser usinada é fixada) de um torno. Quando introduzimos a ferramenta de corte, 5 uma carga mecânica é imposta ao motor, que deve manter a rotação constante. Caso a rotação se altere, a peça pode apresentar um mau acabamento de usinagem. Para que esse torque realmente fique constante, por sua vez, o inversor deve manter a razão V/F (Tensão Frequência) constante. Isto é, caso haja mudança de frequência, ele deve mudar (na mesma proporção) a tensão, para que a razão se mantenha, como por exemplo: F 50Hz V 300V V/F 6 Situação 1: O inversor foi programado para enviar 50 Hz ao motor, e sua curva V/F está parametrizada em 6. Automaticamente, ele alimenta o motor com 300 V F 60Hz V 360V V/F 6 Situação 2: O inversor recebeu uma nova instrução para mudar de 50 Hz para 60 Hz. Agora a tensão passa a ser 360 V e a razão V/F mantém-se em 6. Acompanhe a curva mostrada na figura abaixo: O valor de V/F pode ser programado (parametrizado) em um inversor, e seu valor dependerá da aplicação. Quando o inversor necessita de um grande torque, porém não atinge velocidade muito alta, atribuímos a ele o maior V/F que o equipamento puder fornecer, e desse modo ele terá um melhor rendimento em baixas velocidades, além de alto torque. Já no caso em que o inversor deva operar com altas rotações e com torques não tão altos, parametrizamos um V/F menor e encontraremos o melhor rendimento para Essa outra situação. Mas, como o inversor pode mudar a tensão V se ela é fixada no barramento DC, através da retificação e filtragem da própria rede? O inversor altera a tensão V oriunda do barramento DC, através da modulaçao por largura de pulso (PWM). A unidade lógica, além de distribuir os pulsos aos IGBTs do modo já estudado, também controla o te...

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