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
1 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Apresentação:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Objetivos
Motivação
Solução
Protótipo
Supervisório
Resultados
Conclusões
Referências
Vídeo
2 / 26
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
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
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
ENGENHARIA ELÉTRICA
Protótipo:
Saída de alimentação
do motor
Circuito de proteção
do motor
Circuito potência
driver IGBT
FSBB15CH60C
Placa de distribuição
alimentação (Vcc)
Circuito controle
PIC18F2431
Fonte de alimentação
(+5V, +15V, -15V)
6 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Protótipo:
Motor Utilizado e Dados de Placa
Modelo
Fabricante
Potência
Tensão
A56 0397
WEG
0,5 CV
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
ENGENHARIA ELÉTRICA
Protótipo:
Circuito de Controle
(PIC18F2431)
Circuito de Proteção do Motor
(sensores temper. e corrente)
8 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Protótipo:
Circuito de Potência
(driver FSBB15CH60C)
Fonte de Alimentação
(para circuitos eletrônicos)
9 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Supervisório:
Tela Principal
10 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Supervisório:
Telas de Setpoint
11 / 26
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
fs 
p.n
120.(1  s)
( Hz)
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
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 10 Hz
13 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 20 Hz
14 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 30 Hz
15 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 40 Hz
16 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 50 Hz
17 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 60 Hz
18 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 70 Hz
19 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Resultados:
Sinais de tensão e corrente para 80 Hz
20 / 26
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
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
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
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-eletricos50032749-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-deinducao-alimentados-por-inversores-de-frequencia-pwm-027-artigo-tecnico-portugues-br.pdf.
Acessado em: Março de 2012
24 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
Vídeo:
Demonstração de Funcionamento do Protótipo
25 / 26
ENGENHARIA ELÉTRICA
OBRIGADO!
26 / 26