UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE
EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL
ESTUDO DO IMPACTO DO SISTEMA DE
ACIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
TRIFÁSICO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E NA
QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA: UM ESTUDO
DE CASO – ELEVADOR DE CANECAS.
LUIZ DE ANNUNCIAÇÃO
PROF. DR. ARNULFO BARROSO DE VASCONCELLOS
Cuiabá, MT, março de 2011
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE
EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL
ESTUDO DO IMPACTO DO SISTEMA DE
ACIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
TRIFÁSICO NA EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E NA
QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA: UM ESTUDO
DE CASO – ELEVADOR DE CANECAS
LUIZ DE ANNUNCIAÇÃO
Dissertação apresentada junto ao Programa
de Pós-Graduação em Engenharia de
Edificações e Ambiental da Universidade
Federal de Mato Grosso, como requisito para
obtenção do título de Mestre.
PROF. DR. ARNULFO BARROSO DE VASCONCELLOS
Cuiabá, MT, março de 2011
Dados Internacionais de Catalogação na Fonte
A615e Annunciação, Luiz de.
Estudo do impacto do sistema de acionamento de um motor de
indução trifásico na eficiência energética e na qualidade da energia
elétrica : um estudo de caso – elevador de canecas / Luiz de
Annunciação. – 2011.
xii, 126 f. : il. (algumas color.) ; 30 cm.
Orientador: Arnulfo Barroso de Vasconcellos.
Dissertação (mestrado) – Universidade Federal de Mato Grosso,
Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Programa de PósGraduação em Engenharia de Edificações e Ambiental, Cuiabá, 2011.
Inclui bibliografia.
1. Maquinas de indução - Acionamento. 2. Motor elétrico de
indução – Partida direta. 3. Conversor de frequência. 4. Eficiência
energética. 5. Energia elétrica - Qualidade. I. Título.
CDU 621.313.33-236
Ficha Catalográfica elaborada pelo Bibliotecário Jordan Antonio de Souza - CRB1/2099
Permitida a reprodução parcial ou total desde que citada a fonte
DEDICATÓRIA
A Deus pela vida, a querida
Vera Lúcia Cunha, as minhas
filhas, Ana Paula, Ana Cláudia
e Maria Luiza, pelo amor e
compreensão.
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Arnulfo Barroso de Vasconcellos, pela orientação e principalmente pelo
incentivo, apoio, pela confiança e grande amizade, ingredientes que possibilitaram a
realização deste trabalho.
Ao Prof. Dr. Mário Kiyoshi Kawaphara e Prof. Msc. José Mateus Rondina por sua
ajuda no esclarecimento das minhas dúvidas.
Aos professores doutores José Antônio Lambert e Douglas Queiroz Brandão pelo
grande empenho dedicado à realização deste curso.
A todos os professores do Programa de Mestrado em Engenharia de Edificações e
Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso, sempre dedicado na
multiplicação do conhecimento.
Aos professores do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato
Grosso: Prof. Dr. Joaquim de Oliveira Barboza, Profª. PhD Teresa Irene Malheiros,
Prof. Msc. Bernanci Pedroso de Almeida, Profª. Msc. Ângela Santana de Oliveira,
Profª Msc. Flávia Girardo Botelho e Prof. Msc. Edilson Alfredo da Silva.
Aos bolsistas do Programa de Pesquisa do Departamento de Engenharia Elétrica:
Érica Tiemi Anabuki, Luciana Oliveira da Silva e Thiago Vieira da Silva.
Aos colegas de mestrado da turma 2009, ao mestrando André Luiz Amorim da
Fonseca, que me deram apoio na realização deste trabalho.
Ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso — Campus
Cuiabá, onde ministro aulas há mais de 25 anos.
À Empresa BIOTERRA, indústria de reciclagem, na pessoa do engenheiro eletricista
Anselmo Rondina, que forneceu materiais para o experimento no laboratório.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................. I
LISTA DE TABELAS ......................................................................................... IX
1
INTRODUÇÃO .......................................................................................... 1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
CONSIDERAÇÕES INICIAIS...................................................................... 1
CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA .................................................. 3
ESTADO DA ARTE ................................................................................... 3
DELIMITAÇÃO DO TEMA ........................................................................ 4
CONTRIBUIÇÃO DESTA PESQUISA ...................................................... 4
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ........................................................... 4
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................... 6
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
MÁQUINAS DE INDUÇÃO ......................................................................... 6
O motor elétrico de indução .......................................................................... 6
Motores elétricos de indução de alto rendimento........................................... 7
Curvas Características e Comportamento do Motor de Acordo com os tipos
de Carga. ...................................................................................................... 8
2.1.3.1 Rendimento versus Cargas do motor de indução ........................................... 8
2.1.3.2. Fator de Potência versus Carga motor de indução .......................................10
2.1.4. Interação entre o motor e a carga acionada com conversor de frequência. ..11
2.1.4.1. Tipos de carga ............................................................................................11
2.1.4.2. Cargas de torque variável ...........................................................................11
2.1.4.3. Cargas de torque constante .........................................................................11
2.1.4.4. Cargas de torque hiperbólico ......................................................................12
2.1.5 Regimes de Operação .................................................................................13
2.1.5.1. Regime de Velocidade Variável..................................................................13
2.1.5.2 Regime de Velocidade Constante ...............................................................13
2.1.6 Acoplamento Motor-Carga .........................................................................13
2.1.7. Máquinas de Elevação e Transporte ............................................................15
2.1.7.1 Classificação das Máquinas de Transporte ..................................................15
2.1.8 Elevadores de Canecas ...............................................................................17
2.2 CONVERSOR DE FREQUÊNCIA .............................................................. 20
2.2.1 Aplicação do Conversor de Frequência no Acionamento de Elevador de
Canecas .......................................................................................................20
2.2.2 Princípio de Funcionamento do Conversor de Frequência ...........................21
2.2.3 Retificador..................................................................................................22
2.2.4 Circuito Intermediário ................................................................................24
2.2.5 Inversor .......................................................................................................26
2.2.6 Circuito de Controle ....................................................................................29
2.2.7 Aplicação do Conversor de Frequência ........................................................30
2.2.7.1 Acionamento de um Motor de Indução Assíncrono .....................................31
2.2.7.2 Variação da Velocidade do Motor de Indução com conversor ......................35
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.8
2.3.9
A QUALIDADE DA ENERGIA VERSUS EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ... 40
A Qualidade da Energia Elétrica .................................................................40
Normas e Organizações Relacionadas com Qualidade da Energia ...............43
Principais Distúrbios Associados à Qualidade da Energia Elétrica ..............45
Harmônicos ................................................................................................46
Harmônicos presentes na tensão de alimentação de um motor de indução ...46
Classificação das harmônicas ......................................................................51
A Eficiência Energética ..............................................................................54
O Consumo da Energia Elétrica ..................................................................56
Eficiência Energética do Elevador de Canecas ............................................61
3
MATERIAIS E MÉTODOS .....................................................................63
3.1.
Laboratório de Eficiência Energética da Universidade Federal de Mato
Grosso .......................................................................................................... 63
Medições realizadas no laboratório .............................................................69
3.2.
3.3. Análise da Qualidade de Energia Elétrica .................................................... 80
3.3.1 Tensão e Corrente do Sistema......................................................................80
3.3.2 Análise dos Resultados .............................................................................. 110
3.3.2.1 Acionamento com Partida Direta ............................................................... 110
3.3.2.2 Acionamento com conversor de frequência ............................................... 111
3.4.
Impactos provocados na Potência Ativa, Potência Reativa, Potência
Aparente e no Fator de Potência pelo acionamento convencional versus
conversor de frequência. ............................................................................. 112
4
CONCLUSÕES ...................................................................................... 116
5
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................. 120
6
REFERÊNCIAS ...................................................................................... 121
i
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Comportamento do rendimento versus carga motor de indução............................ 9
Figura 2 - Comportamento do FP versus carga motor de indução ........................................10
Figura 3 - Variação linear do torque ...................................................................................11
Figura 4 - Torque constante ................................................................................................12
Figura 5 - Torque proporcional a frequência .......................................................................12
Figura 6 - Diagrama representativo do acoplamento motor-carga ........................................14
Figura 7 - Principais grupos de máquinas de elevação e transporte......................................16
Figura 8 - Alimentação do elevador de canecas contínuo por gravidade. .............................18
Figura 9 - Descarga natural (a caneca da frente guia o material). .........................................18
Figura 10 - Elevador de canecas contínuo de correia ...........................................................18
Figura 11 - Elevador de canecas contínua de corrente .........................................................18
Figura 12 - Elevador de canecas centrífugo de correia ........................................................19
Figura 13 - Elevador de canecas centrifuga de corrente.......................................................20
Figura 14 – Diagrama simplificado de um Conversor de frequência. ...................................21
Figura 15 - Tensão monofásica e trifásica. ..........................................................................22
Figura 16 - Retificador não controlado ...............................................................................23
Figura 17 - Saída de um retificador não controlado. ............................................................23
Figura 18 - Condução do tiristor. ........................................................................................24
Figura 19 – Circuito representativo retificador controlado trifásico. ....................................24
Figura 20 - Circuito intermediário ......................................................................................25
Figura 21 - Inversores fonte de tensão ................................................................................25
Figura 22 - Circuito intermediário com tensão CC variável. ................................................26
Figura 23 - Conversor Tradicional. .....................................................................................27
ii
Figura 24 - Inversor para tensão constante ou variável e a saída que depende da frequência ..
de chaveamento dos transistores. ....................................................................28
Figura 25 - Modulação por amplitude e por largura de pulso. ..............................................29
Figura 26 - Estrutura do conversor monofásico...................................................................31
Figura 27 - Ligação dos transistores T1 e T4 ......................................................................31
Figura 28 - Ligação dos transistores T2 e T3 ......................................................................32
Figura 29 – Circuito representativo de funcionamento do IGBT’s .......................................32
Figura 30 - Curva tensão em função da frequência. .............................................................34
Figura 31 - Gráfico da tensão em função da frequência .......................................................35
Figura 32 - Gráfico da tensão proporcional à frequência .....................................................37
Figura 33 - Gráfico do torque em função da frequência.......................................................37
Figura 34 - Gráfico da potência em função da frequência....................................................38
Figura 35 - Ilustração dos distúrbios associados à qualidade de energia ..............................45
Figura 36 - Ilustração dos distúrbios associados à qualidade de energia...............................45
Figura 37 - Perdas elétricas de um motor de indução trifásico em função da distorção total
de tensão. .......................................................................................................47
Figura 38 - Diagrama das tensões fundamentais e seu sentido de giro. ................................52
Figura 39 - Diagrama das tensões harmônicas de sequência zero. .......................................53
Figura 40 - Diagrama das tensões harmônicas de sequência negativa e seu sentido de giro. .53
Figura 41 - Diagrama das tensões harmônicas de sequência positiva e seu sentido de giro. .54
Figura 42 - Perfil de consumo por tipo de carga na indústria. ..............................................57
Figura 43 – Consumo de energia por setores em 2010 (GWh) .............................................58
Figura 44 - Consumo de eletricidade para vários setores da economia – TWh. ....................58
Figura 45 - Consumo específico de energia elétrica de alguns setores industriais ................60
Figura 46- Tela Inicial do Software ElipseScada.................................................................63
Figura 47- Centro de Controle e Proteção (Alimentação Geral) ...........................................64
Figura 48 - Centro de Controle do Conjunto Elevador de Canecas. .....................................64
iii
Figura 49 - Diagrama Unifilar do sistema de acionamento do motor. ..................................65
Figura 50 - Tela de exibição das grandezas do motor ..........................................................66
Figura 51 - Arquitetura do Funcionamento do Elevador de Canecas ...................................67
Figura 52 - Analisador de energia MARH-21 .....................................................................68
Figuras 53 -Esquema de ligação do analisador em partida direta e com conversor. ..............70
Figura 54 - Ligação do Analisador MARH-21 na carga. ....................................................71
Figura 55 - Elevador de Canecas instalado no laboratório. ..................................................72
Figura 56 – tempo gasto para completar um ciclo em função da frequência de operação. ....73
Figura 57 - Potência ativa média em 20 Hertz .....................................................................74
Figura 58 - Potência ativa média em 30 Hertz. ....................................................................75
Figura 59 - Potência ativa média em 40 Hertz .....................................................................75
Figura 60 - Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o ................................80
Figura 61 - Tensão na fase A, no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ............................................................................................81
Figura 62 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado em partida direta. ..............................................................81
Figura 63 - Tensão na fase B, no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ..............................................................................................81
Figura 64 - Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado em partida direta. ..............................................................81
Figura 65 - Tensão na fase C, no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ..............................................................................................81
Figura 66 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado em partida direta. ..............................................................81
Figura 67 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas .
acionado em partida direta. ...............................................................................82
Figura 68 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ..............................................................................................83
Figura 69 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas de partida direta ...............................................................................83
iv
Figura 70 - Corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ..............................................................................................83
Figura 71 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas de partida direta. ..............................................................................83
Figura 72 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
em partida direta. ..............................................................................................83
Figura 73 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas de partida direta. ..............................................................................83
Figura 74- Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência 20Hertz....................................................85
Figura 75 - Tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 20 Hertz .............................................................85
Figura 76 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................85
Figura 77 - Tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................................................85
Figura 78 - Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................85
Figura 79 - Tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................................................86
Figura 80 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................86
Figura 81 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 20 Hertz. ...........................................87
Figura 82 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................................................87
Figura 83 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas controlado por conversor de frequência a 20 Hertz. ..........................87
Figura 84 - Corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................................................88
Figura 85 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas controlado por conversor de frequência a 20 Hertz. ..........................88
Figura 86 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 20 Hertz. ............................................................88
v
Figura 87 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas controlado por conversor de frequência a 20 Hertz. ..........................88
Figura 88 – Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas ..
acionado por conversor de frequência a 30 Hertz. ..............................................90
Figura 89 - Tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................................................90
Figura 90 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 30 Hertz .............................90
Figura 91 - Tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................................................91
Figura 92 - Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................91
Figura 93 - Tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................................................91
Figura 94 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................91
Figura 95 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas .
controlado por conversor de frequência a 30 Hertz. ...........................................92
Figura 96 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................................................93
Figura 97 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas controlado por conversor de frequência a 30 Hertz. ..........................93
Figura 98 - Corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 30 Hertz. ............................................................93
Figura 99 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas controlado por conversor de frequência a 30 Hertz. ..........................93
Figura 100 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas controlado por conversor de
frequência a 30 Hertz. ..............................................................................................93
Figura 101 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 30 Hertz. ............93
Figura 102- Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas ..
acionado por conversor de frequência a 40 Hertz. ..............................................95
Figura 103 - Tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 40 Hertz................................................................95
vi
Figura 104 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 40 Hertz. ..........................95
Figura 105 - Tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 40 Hertz. ..........................................................96
Figura 106- Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 40 Hertz. ..........................96
Figura 107 - Tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 40 Hertz. ..........................................................96
Figura 108 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 40 Hertz. ..........................96
Figura 109 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........................................97
Figura 110 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........................................98
Figura 111 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........98
Figura 112 - Corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........................................98
Figura 113 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........98
Figura 114 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........................................98
Figura 115 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 40 Hertz. .........98
Figura 116 – Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de
canecas acionado por conversor de frequência a 50 Hertz..............................100
Figura 117 - Tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................................................100
Figura 118 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................100
Figura 119 - Tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................................................101
Figura 120 - Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................101
vii
Figura 121 - Tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................................................101
Figura 122 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 50 Hertz. ........................101
Figura 123 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......................................102
Figura 124 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......................................103
Figura 125 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......103
Figura 126 - Corrente na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......................................103
Figura 127 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......103
Figura 128 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......................................103
Figura 129 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 50 Hertz. .......103
Figura 130 - Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas .
acionado por conversor de frequência a 60 Hertz ..........................................105
Figura 131 - Tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................................................105
Figura 132 - Espectro harmônico da tensão na fase A no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................105
Figura 133 - Tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................................................105
Figura 134 - Espectro harmônico da tensão na fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................105
Figura 135 - Tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................................................106
Figura 136 - Espectro harmônico da tensão na fase C no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de frequência a 60 Hertz. ........................106
Figura 137 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......................................107
viii
Figura 138 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......................................107
Figura 139 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......107
Figura 140 - Espectro harmônico da corrente na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......107
Figura 141 - Espectro harmônico da corrente na fase B no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......107
Figura 142 - Corrente na fase C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......................................108
Figura 143 - Espectro harmônico da corrente na fase C no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência a 60 Hertz. .......108
Figura 144 - Potência ativa absorvida no barramento do sistema que alimenta o elevador de .
canecas em partida direta e com conversor de frequência. .............................113
Figura 145- Potência reativa absorvida no barramento do sistema que alimenta o elevador de
canecas em partida direta e com conversor de frequência. .............................114
Figura 146- Potência aparente solicitada no barramento do sistema que alimenta o elevador de canecas .
em partida direta e com conversor de frequência, nas frequências de 20 a 60 Hertz. ....114
Figura 147 - Fator de Potência da carga conectada no barramento do sistema que alimenta o
elevador de canecas acionada por conversor de frequência. ...........................115
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Distribuição das tensões no motor ......................................................................34
Tabela 2 - Terminologia aplicável às formulações do cálculo de valores de referência para as
distorções harmônicas, regulamentada pela ANEEL...........................................49
Tabela 3 - Valores de referência global das distorções harmônicas totais (em porcentagem da tensão
fundamental)...........................................................................................................50
Tabela 4 - Níveis de referência para distorções harmônicas individuais de tensão, em
percentagem da tensão fundamental ....................................................................51
Tabela 5 – Ordem, frequência e sequência de harmônicas. ..................................................51
Tabela 6 - Dados do motor de indução................................................................................68
Tabela 7 - Dados do Conversor de Frequência ....................................................................69
Tabela 8 - Tempo gasto para o elevador de canecas completar um ciclo nas frequências de 20
a 60 Hertz e na partida direta ..............................................................................73
Tabela 9 - Consumo por ciclo (kWh/ciclo) .........................................................................76
Tabela 10 - Número de ciclos em 10 horas nas frequências de 20 a 60 Hertz e na partida ......
direta do elevador de canecas.............................................................................77
Tabela 11 - Consumo diário de energia elétrica na frequência de 20 a 60 Hertz e na partida
direta..................................................................................................................78
Tabela 12 - Estimativa do consumo diário da energia para 20, 30, 40, 50, 60 Hertz e
Partida Direta......................................................................................................79
Tabela 13 - Frequência, período, potência ativa e consumo em um ciclo. ............................79
Tabela 14 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões na partida direta – medição .......82
Tabela 15 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes na partida direta - medição ............84
Tabela 16 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 20 Hertz – medição .....................86
Tabela 17 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 20 Hertz - medição....................89
Tabela 18 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 30 Hertz – medição ...............92
Tabela 19 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 30 Hertz - medição .................94
Tabela 20 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 40 Hertz– medição .97
x
Tabela 21 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 40 Hertz - medição .................99
Tabela 22- Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 50 Hertz– medição102
Tabela 23 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 50 Hertz - medição ...............104
Tabela 24 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 60 Hertz-medição 106
Tabela 25 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 60 Hertz - medição ...............108
xi
RESUMO
ANNUNCIAÇÃO, L. Estudo do impacto do sistema de acionamento de um
motor de indução trifásico na eficiência energética e na qualidade da energia
elétrica: um estudo de caso – elevador de canecas. Cuiabá, 2011. 146p.
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Ambiental), Faculdade de
Arquitetura, Engenharia e Tecnologia, Universidade Federal de Mato Grosso.
O objetivo principal desta dissertação é analisar o processo de acionamento de uma
máquina de indução, especificamente de um elevador de canecas, utilizando partida
direta e com conversor de frequência, para verificar a eficiência elétrica do sistema.
O acionamento eletrônico utiliza sistemas microprocessados que podem reduzir o
consumo de energia elétrica e demanda de potência ativa. Por outro lado, há uma
preocupação com as distorções harmônicas geradas pelas respostas a essas cargas no
sistema. Em busca de soluções que visem à melhoria da qualidade da energia elétrica
e eficiência energética, esta dissertação apresenta medições em laboratório de um
sistema de elevador de canecas com acionamento convencional — partida direta, em
comparação a um acionamento controlado por conversor de frequência. Os dados
foram coletados no Laboratório Eletrobrás/Procel de Eficiência Energética da
Universidade Federal de Mato Grosso. Os resultados mostram que na demanda de
potência ativa houve uma redução que pode se tornar significativa em uma indústria
que possui motores de grande porte.
Palavras-Chave: Acionamento, Partida direta, Conversor de Frequência, Eficiência
Energética, Consumo de Energia, Qualidade de Energia Elétrica.
xii
ABSTRACT
ANNUNCIAÇÃO, L. Study of the impact of the drive system of an induction
motor in energy efficiency and power quality: a case study - bucket elevator.
Cuiaba, 146p. Dissertation (Master in Environmental Engineering and Building),
Faculty of Architecture, Engineering and Technology, Federal University of Mato
Grosso.
The main objective of this work is to analyze the process of induction machine drive,
specifically, a bucket elevator using direct starting and inverters to check the
electrical efficiency of the system. The microprocessor-based systems use electronic
commands that can reduce energy consumption and demand the active power.
Moreover, there is concern about the harmonic distortion for the answers to these
loads in the system. In search of solutions aimed at improving the power quality and
energy efficiency, this work presents laboratory measurements of a bucket elevator
system with conventional drive - starting directly compared to a drive controlled by
adjustable speed drive.
Measurement results were collected at the Eletrobrás
Laboratory / Procel Energy Efficiency at Federal University of Mato Grosso. These
results showed that there was a reduction in demand that may become significant in
an industry that has large motors.
Keywords: Process, Direct Starting, adjustable speed drive, Energy Efficiency,
Energy Consumption, Power Quality.
1
1
INTRODUÇÃO
1.1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Entre os vários custos gerenciais em uma empresa, seja do setor industrial ou
comercial, a energia elétrica vem assumindo, cada vez mais, uma importância
crescente, motivada pela redução de custos decorrentes do mercado competitivo,
pelas incertezas da disponibilidade energética ou por restrições ambientais. De
qualquer forma, seja qual for a motivação, promover a eficiência energética é
essencialmente usar o conhecimento de forma aplicada, empregando os conceitos de
engenharia, da economia e da administração aos sistemas energéticos. Contudo, dada
à diversidade e complexidade desses sistemas, é interessante apresentar técnicas e
métodos para definir objetivos e ações para melhorar o desempenho energético e
reduzir as perdas nos processos de transporte, armazenamento e distribuição de
energia. MARQUES, et al. ( 2007).
A partir da crise energética de 2001, medidas que visam o uso racional da
energia elétrica vêm sendo adotadas por todos os setores da população brasileira. De
um lado, fabricantes têm direcionados seus esforços para o desenvolvimento de
equipamentos mais eficientes e de outro, consumidores em geral se preocupam em
adquirir esses equipamentos e, adicionalmente, adotam medidas para o uso racional
da energia. O governo também merece menção especial, pois é autor de uma série de
medidas incentivando a eficiência energética desde a geração até o consumo.
A eficiência energética está relacionada diretamente com a utilização racional
da energia, que tem como premissa a utilização eficiente de energia elétrica. Esse
conceito é previsto na lei 10.295/2001, que dispõe sobre a política nacional de
conservação e uso racional de energia elétrica, em que o poder executivo estabelece
níveis máximos de consumo específico de energia, ou mínimos de eficiência
energética de máquinas e aparelhos consumidores de energia elétrica fabricados ou
comercializados no país. Com isso, o setor doméstico como de serviços e industrial
teve que se adequar à prática de economia energética e redução de custos.
No caso específico de sistemas motrizes, o Decreto 4.508/2002 define os
níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de indução,
2
rotor tipo gaiola de esquilo, de fabricação nacional ou importada para
comercialização ou uso no Brasil.
Na indústria nacional é comum a aplicação de técnicas convencionais na
operação de sistemas motrizes. Só para se ter uma idéia, 43,7% da energia elétrica
consumida no Brasil é utilizada no sistema industrial, sendo que destes
aproximadamente 49% se referem a sistemas motrizes, segundo o Balanço
Energético Nacional de 2010. A interpretação dessa realidade nos impulsiona à
realização de estudos no setor, tendo por objetivo a sua modernização e eficiência.
Como exemplo, pode-se citar a substituição de motores de indução trifásicos do tipo
convencional pelos de alto rendimento, métodos de acionamento de motores com
chaves de partida direta ou estrela-triângulo por dispositivos de partida suave, softstarter e conversor de frequência, sendo este, o foco de estudo nesta pesquisa,
utilizado principalmente em processos que possibilitam o funcionamento com
variação na velocidade do eixo do motor.
No acionamento de um motor elétrico com partida direta, a corrente de
partida do motor é muito elevada, podendo variar de 5 a 10 vezes a corrente nominal,
o que pode ocasionar consequências prejudiciais ao sistema elétrico como elevada
queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em função disso, a queda de
tensão provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema. O sistema de
proteção (relês e contatores) deverá ser superdimensionado, considerando que estará
ocasionando um custo elevado. Além disso, deve-se levar em conta a imposição das
concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de tensão da rede.
Essas consequências são minimizadas com o acionamento do motor de
indução através do conversor de frequência, uma vez que ele utiliza o controle
eletrônico com sistemas microprocessados, propiciando partida suave com redução
na corrente.
Mato Grosso é um dos maiores produtores de grãos do país. Na colheita,
estocagem e beneficiamento, é utilizado o transporte por sistemas de correias e
elevadores de canecas acionados por motor de indução.
O presente estudo está focado em um sistema de acionamento do elevador de
canecas em conjunto com o motor de indução trifásico convencional, amplamente
3
difundido no manejo e transporte de grãos no ambiente industrial do Estado de Mato
Grosso.
1.2
CONTEXTUALIZAÇÃO DA PESQUISA
O estudo do acionamento dos elevadores de canecas, por partida direta em
comparação com acionamento através de conversor de frequência, objetiva analisar o
comportamento do sistema elétrico, verificando a eficiência energética deste sistema,
uma vez que ele utiliza o controle eletrônico com sistemas microprocessados,
podendo assim reduzir a demanda de potência ativa e o consumo da energia elétrica.
O acionamento de motores elétricos, de indução por conversor de frequência,
é uma alternativa relativamente nova, porém amplamente utilizado nas indústrias.
Assim sendo, muito ainda há por ser feito, estudado, pesquisado e compreendido em
tais aplicações. Percebe-se, com o avanço na área, a necessidade de previsão de
orientação técnica específica, precisamente para fabricantes de motores e
conversores, para que tais aplicações sejam efetivamente vantajosas e atrativas em
termos de eficiência energética e de custo.
Ao final deste estudo, apresenta-se a análise técnica da aplicação dos
acionamentos via partida direta e conversor de frequência quanto à eficiência elétrica
do sistema, no que diz respeito à demanda de potência ativa, no consumo de energia
elétrica e qualidade de energia, levando-se em consideração o conversor como um
equipamento não-linear.
1.3
ESTADO DA ARTE
Pela funcionalidade que os microprocessadores trouxeram, os conversores de
frequência hoje são dotados de poderosas central processing unit (CPUs) ou placas
de controle microprocessadas, que possibilitam uma infindável variedade de métodos
de controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos. Cada fabricante
consegue implementar sua própria estratégia de controle, de modo a obter domínio
total sobre o comportamento do eixo do motor elétrico, permitindo, em muitos casos,
que motores elétricos trifásicos de corrente alternada substituam servo motores em
4
muitas aplicações. Os benefícios são diversos, como redução no custo de
desenvolvimento, custo dos sistemas de acionamento, custo de manutenção, etc.
Por apresentar esta versatilidade e precisão quanto ao controle do motor de
indução, os conversores estão sendo aplicados em vários sistemas, dentre eles, podese destacar o sistema de bombeamento de água nas adutoras e na distribuição no
perímetro urbano, na irrigação de lavouras, na climatização e refrigeração, no
sistema de bombeamento hidraúlico, nas torres de refrigeração, no compressor de ar
nas indústrias, nos elevadores de edifícios residenciais, nas máquinas de elevação e
transporte, em todos com rendimento satisfatório quanto à eficiência elétrica e
controle.
1.4
DELIMITAÇÃO DO TEMA
O foco desta pesquisa é o acionamento de elevadores de canecas com motor de
indução convencional pelo método de partida direta e, em seguida, o método que
utiliza dispositivos eletrônicos, neste caso, conversor de frequência, para comparar a
eficiência energética do sistema no que diz respeito à demanda de potência ativa e ao
consumo de energia elétrica, como também, as consequências quanto à qualidade de
energia.
1.5
CONTRIBUIÇÃO DESTA PESQUISA
Da análise da comparação do acionamento do sistema motriz com partida
direta e com conversor de frequência, espera-se oferecer subsídios que contribuam
para a redução da demanda de potência ativa, do consumo de energia elétrica,
podendo ser aplicada a outros sistemas semelhantes.
1.6
ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Diante desta proposta, além do presente capítulo introdutório, esta dissertação
será desenvolvida obedecendo à seguinte estrutura:
Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica — Este capítulo tem por objetivo abordar
Máquinas de indução; Motor elétrico de indução; Motores elétricos de indução de
5
alto rendimento; Curvas características e comportamento do motor de acordo com os
tipos de carga; Interação entre o motor e a carga acionada com conversor de
frequência; Regimes de operação; Acoplamento motor-carga; Máquinas de elevação
e transporte; Elevadores de canecas; Conversor de Frequência; Aplicação do
conversor de frequência no acionamento do elevador de canecas; Princípio de
funcionamento do conversor de frequência; Retificador; Circuito intermediário;
Inversor; Circuito de controle; Aplicação do conversor de frequência; Qualidade de
energia elétrica; Normas e organizações relacionadas à qualidade de energia;
Principais distúrbios associado a qualidade de energia elétrica; Harmônicas;
Harmônicas presentes na tensão de alimentação de motor de indução; Classificação
das harmônicas; A eficiência energética; O consumo de energia elétrica no Brasil;
Eficiência energética do elevador de canecas.
Capítulo 3 — Materiais e Métodos — Este capítulo apresenta o Laboratório
Eletrobrás/Procel de Eficiência Energética da Universidade Federal de Mato Grosso,
onde foram coletados os dados do acionamento do elevador de canecas,
características dos equipamentos utilizados nas medições e análise dos resultados,
quanto à distorção harmônica de tensão e corrente, e o impacto na potência ativa,
potência reativa, potência ativa, o fator de potência e fator de deslocamento com
acionamento convencional e com acionamento eletrônico.
No capítulo final, as conclusões, apresentam-se os resultados do estudo
realizado em laboratório com acionamento de elevadores de canecas por sistema
convencional — Partida Direta versus acionamento eletrônico Conversor de
Frequência.
6
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 MÁQUINAS DE INDUÇÃO
Embora os motores de indução trifásicos sejam máquinas intrinsecamente
eficientes, estes se constituem como um grande potencial de conservação de energia.
Tal fenômeno pode ser explicado através de duas razões principais, quais sejam, a
grande quantidade de motores instalados e a utilização ineficiente dos mesmos. De
fato, como já mencionado (Balanço Energético Nacional — BEN— 2010) mostrou
que, em média, cerca de 49% das cargas elétricas industriais são compostos por
motores de indução, chegando a 70% em algumas regiões do país.
Por
outro
lado,
é
muito
comum
encontrar
o
chamado
motor
sobredimensionado, ou seja, motores acionando cargas muito inferiores à sua
capacidade nominal, acarretando em baixos fatores de potência e rendimentos,
contribuindo para sua aplicação ineficiente.
O acionamento dos transportadores de correias, elevadores de canecas, é feito
em sua grande maioria por meio de motores elétricos, acoplados a redutores e esses,
por sua vez, acoplados aos tambores de tração.
Os motores de indução com rotores em curto-circuito são os mais usados.
Atualmente, a aplicação de controles eletrônicos está fazendo com que os motores
especiais, com rotores bobinados ou de corrente contínua, estejam caindo em desuso
e só aplicados em casos muito especiais ou que envolvem grandes potências.
NOGUEIRA (2002).
2.1.1
O motor elétrico de indução
O motor de indução foi desenvolvido por Nikola Tesla no período de 1882 a
1887. Desde então os motores tiveram uma série de desenvolvimentos e melhorias.
Um exemplo disso é a relação peso-potência que em 1891 era da ordem de 88 kg/kW
e que nos dias atuais caiu para 5,7 kg/kW. Essa redução se deve, principalmente, aos
avanços nas técnicas de isolação e na redução da seção dos condutores, extraindo-se,
contudo, uma mesma potência. SANTOS, et al. ( 2001).
7
Devida suas inúmeras vantagens, o motor de indução trifásico com rotor
curto-circuitado, conhecido também, pelo nome de motor de indução trifásico com
rotor de gaiola é o mais utilizado no mundo inteiro. Entre suas vantagens, estão:
menor custo apresenta menor exigência de manutenção, atendem um grande número
de diferentes cargas, são utilizáveis em qualquer ambiente, ligação à rede simples e
são cargas equilibradas. Suas desvantagens são: fator de potência baixo em carga
parcial, rendimento baixo para cargas inferiores a 50% da sua potência nominal,
corrente de partida elevada. Atualmente, a aplicação de controles eletrônicos está
fazendo com que os motores especiais, com rotores bobinados ou de corrente
contínua, sejam utilizados somente em casos especiais.
O grande problema dos motores de indução são as elevadas correntes de
partida, entretanto, o mercado oferece possibilidades para amenizar os efeitos desta
corrente, como, por exemplo, as antigas chaves estrela-triângulo e, atualmente, os
dispositivos de partida suave, conhecidos também como soft-starter e conversores de
frequência. Estes dispositivos utilizam componentes eletrônicos para controlar a
tensão aplicada no estator do motor. A partida pode ser programada de forma suave,
assim como a parada, reduzindo consequentemente, o pico da corrente de partida. O
resultado é a diminuição do estresse térmico e mecânico. A tendência é a vida útil do
motor e equipamentos acoplados aumentar, devido à eliminação de estresse
mecânico durante a partida.
Convém observar que a operação correta do motor e em condições ideais é
que trará benefícios para o usuário. O percentual de perdas internas do motor, mesmo
os de alto rendimento pode ser elevado, se o mesmo estiver trabalhando em
condições precárias. O funcionamento desta máquina fora dos padrões de
alimentação, em local de funcionamento não adequado, superdimensionamento,
acoplamento incorreto ou desalinhado, podem anular os benefícios da utilização de
um motor de alto rendimento.
2.1.2
Motores elétricos de indução de alto rendimento
Os motores de alto rendimento são motores projetados para fornecer a mesma
potência na ponta do eixo assim como, outros tipos de motores, porém, consumindo
8
menos energia elétrica. Os motores de alto rendimento têm seu projeto modificado,
em relação aos motores da linha padrão, objetivando a diminuição da sua perda
global. Normalmente, as perdas por efeito joule estatórico do motor de alto
rendimento é maior que as mesmas perdas no motor da linha padrão. Enquanto que
com as perdas suplementares acontece o contrário. GUIMARÃES (2007).
As características dos motores das linhas padrão e alto rendimento são
técnica, elétrica e mecanicamente similares e atendem ao acionamento da carga sem
que sejam necessárias adequações. A aquisição de um motor de alto rendimento,
neste sentido, deve levar em conta o custo de aquisição, em média 30% mais caro
que o motor da linha padrão, e o menor custo operacional devido à sua maior
eficiência. A substituição, todavia, requer uma avaliação técnico-econômica, de
modo a verificar se a economia de energia obtida é suficiente para pagar a diferença
de preço em tempo razoável. GUIMARÃES (2007).
2.1.3
Curvas Características e Comportamento do Motor de Acordo com os
tipos de Carga.
2.1.3.1 Rendimento versus Cargas do motor de indução
O motor é constituído de diversas partes e de diversos tipos de materiais que
apresentam diferentes tolerâncias quanto às suas características dimensionais e/ou
físicas. O rendimento máximo é determinado pelos materiais utilizados na fabricação
e pelas dimensões da máquina. Muitos motores apresentam rendimento máximo
quando acionam cargas entre 75% e 100% da nominal. Motores com potência
nominal abaixo de 10 CV tem uma redução acentuada do seu rendimento para
carregamento inferior a 60%. SANTOS, et al (2001). A Figura 1 mostra a influência
que a carga tem sobre o rendimento. O rendimento indicado na placa do motor
representa o rendimento nominal médio de uma grande quantidade de motores de um
mesmo projeto.
9
Figura 1 - Comportamento do rendimento versus carga motor de indução
Fonte: ALMEIDA (2009)
Segundo a NBR 7094/2000, não há limite de tolerância do rendimento para
valores acima do indicado no motor. Para valores inferiores, os limites de tolerância
para motores de linha padrão e da linha de alto rendimento devem obedecer ao
seguinte critério.
- Para rendimento marcados de η
0,2 x (1- η);
0,851, o limite inferior de tolerância é dado por
- Para rendimento marcados de η
0,15x (1- η);
0,851, o limite inferior de tolerância é dado por
O rendimento utilizando o método direto pode ser determinado pela equação
1.
 % 
Pm
.100
Pe
Eq. 1
Onde:
Pm- Potência mecânica no eixo do motor;
Pe- Potência elétrica ativa na entrada do motor;
η (%)- rendimento em porcentagem.
Deve-se ressaltar que a obtenção da potência mecânica no eixo do motor
nunca é direta, mas o produto de torque e velocidade.
O cálculo de rendimento pelo método indireto leva em conta as perdas, logo
para essa condição, a indicação do rendimento é expressa pela equação 2:
 % 
Pm
.100
Pe  Perdas
Eq. 2
10
O método preferencial da NBR 5383, revisado em 2000, sugere a medição de
perdas utilizando dinamômetro. A medição de resistência do estator deve ser
realizada em condições ambiente. A temperatura deve ter seu valor corrigido para a
temperatura de trabalho do motor. São ainda necessários, testes auxiliares para os
cálculos das perdas por atrito e ventilação, perdas no núcleo magnético e perdas
suplementares.
2.1.3.2. Fator de Potência versus Carga motor de indução
A curva de comportamento, mostrada na Figura 2, demonstra que o motor de
indução apresenta melhor fator de potência dentro da faixa entre 75% e 100% de
carga nominal. Portanto, deve-se evitar que o motor trabalhe com carregamento leve.
O baixo fator de potência, principalmente nos parques industriais, além de
sobrecarregar os transformadores, pode sujeitar o consumidor a pagar multa, por
baixo fator de potência. A resolução 256 da Agência Nacional de Energia Elétrica
(ANEEL) aplica ao consumidor industrial multa por baixo fator de potência,
conhecida como faturamento por excedente de reativo.
P
Pn
Figura 2 - Comportamento do FP versus carga motor de indução
Fonte: Fonte: ALMEIDA (2009)
11
2.1.4. Interação entre o motor e a carga acionada com conversor de
frequência.
2.1.4.1. Tipos de carga
O correto dimensionamento do sistema de velocidade variável depende do
conhecimento do comportamento da carga, ou seja, da demanda de torque na ponta
do eixo do motor. As cargas podem ser classificadas em 3 (três) tipos: Torque
variável, Torque constante e Torque hiperbólico.
2.1.4.2. Cargas de torque variável
Nestes tipos de máquinas, o conjugado varia linearmente com a rotação, já a
potência varia com o quadrado da rotação conforme, ilustrado na Figura 3 são
exemplos típicos: Bombas centrífugas, Exaustores centrífugos, Ventiladores,
Compressores centrífugos.
A variação da velocidade por meio de acionamento eletrônico permite
grandes economias de energia com esse tipo de carga, uma vez que a potência
mecânica disponibilizada na saída do motor não será constante, mas varia
convenientemente de acordo com a exigência da carga.
Figura 3 - Variação linear do torque
Fonte: WEG - Módulo 02 Variação de Velocidade (apostila)
2.1.4.3. Cargas de torque constante
Nas máquinas deste tipo, o conjugado permanece constante durante a
variação de velocidade e a potência aumenta proporcional a velocidade. São
12
exemplos típicos: Compressores alternados, Compressores helicoidais, Elevadores de
caneca, Esteiras transportadoras, Bombas de deslocamento positivo, Extrusoras,
Trituradores. A Figura 4 ilustra por meio do gráfico o comportamento do torque em
relação ao da velocidade do motor.
Figura 4 - Torque constante
Fonte: WEG – Módulo 02 Variação de Velocidade (apostila)
2.1.4.4. Cargas de torque hiperbólico
Neste tipo de máquina cujo comportamento está ilustrado no gráfico da
Figura 5, observa-se que a o torque cai proporcional à frequência com aumento da
velocidade, enquanto que a potência resulta constante durante toda faixa de operação.
São exemplos típicos: Ferramentas de usinagem; Bobinadeiras.
Figura 5 - Torque proporcional a frequência
Fonte : WEG – Módulo 02 Variação de Velocidade (apostila)
13
2.1.5
Regimes de Operação
2.1.5.1. Regime de Velocidade Variável
Os motores projetados para operação em regime de velocidade variável
trabalham sobre uma faixa contínua de frequências de operação. Assim, do ponto de
vista de projeto, o motor tem a vantagem de operar mais frio em algumas velocidades
ao longo da faixa de operação.
2.1.5.2
Regime de Velocidade Constante
Os motores projetados para operação em regime de velocidade constante
podem operar continuamente em qualquer velocidade dentro da faixa de operação.
No projeto, considera-se que ele trabalhará por um período de tempo indefinido com
carga nominal (igual a frequência-base) na velocidade que resultar na maior elevação
de temperatura.
2.1.6
Acoplamento Motor-Carga
Na maioria das aplicações envolvendo acionamentos necessita-se acoplar o
motor com a carga. A transferência de potência do motor para a carga é realizada por
intermédio de sistemas de transmissão de potência mecânica, ou acoplamentos
mecânicos, que podem ser de vários tipos, como citados a seguir. NOGUEIRA
(2002).
a) Acoplamento direto, também conhecido como acoplamento rígido: o
acoplamento direto é usado apenas em casos particulares, em que o alinhamento
entre os eixos é realizado com perfeição ou, então, quando não existem mancais
intermediários entre as máquinas. A instalação desse tipo de acoplamento é na
maioria das vezes de forma simples. As perdas podem ser consideradas nulas. A
utilização do acoplamento direto é limitada a máquinas ou equipamentos que possam
trabalhar na mesma velocidade ou próximo à velocidade do motor. O rendimento do
acoplamento direto é considerado de aproximadamente 100%.
b) Acoplamento por correias: A transmissão por correias é o mais utilizado
na transmissão de potência ao longo do tempo. Isso ocorre em virtude da facilidade
desse tipo de acoplamento adaptar-se aos vários tipos de máquinas. A correia
14
dependendo da geometria ajuda a diminuir vibrações no conjunto motor-carga, além
disso, podem ser fabricadas com materiais sintéticos, capazes de conduzir elevadas
potências em transmissões compactas. As perdas médias de energia desse tipo de
acoplamento giram em torno de 5%.
c) Acoplamento por correntes: Entre as características básicas da transmissão
por correntes, incluem-se relação de velocidade constante, que não apresenta
deslizamento, nem estiramento; capacidade de transmissão de torque mais elevado
que as correias; grande durabilidade e possibilidade de acionar vários equipamentos a
partir de uma única fonte de potência. Apresenta rendimento em torno de 90%.
d) Acoplamento hidráulico: A transmissão por caixas redutoras ou
acoplamentos hidráulicos, tem os seus campos de aplicação, normalmente associados
a grandes potências, conjugados elevados de partida, variação de velocidade, etc. A
eficiência destes tipos de acoplamento é elevada, gira em torno de 95%. É importante
ressaltar que esse é o acoplamento usado no acionamento do Elevador de Canecas,
no Laboratório de Eficiência Energética da Universidade Federal de Mato Grosso.
A Figura 6 apresenta um diagrama onde estão representados conjugados,
momento de inércias, velocidades e redutores que compõem o acoplamento motorcarga.
Figura 6 - Diagrama representativo do acoplamento motor-carga
Fonte: ALMEIDA, B. P. Comportamento Elétrico, Mecânico e Hidráulico em
Sistema de Bombeamento sob o Enfoque da Eficiência Energética: UFU,
2009. (Dissertação de mestrado)
Onde: R- relação de acoplamento;
Cn- conjugado nominal;
Ccn-conjugado nominal da carga;
Jm - momento de inércia do motor;
Jc - momento de inércia da carga.
15
2.1.7.
Máquinas de Elevação e Transporte
As máquinas e equipamentos de transporte são utilizados para movimentar as
mais diversas cargas no interior de fábricas, entre dois departamentos, carregando ou
descarregando.
Diferentemente do transporte de longa distância, isto é, rodovias, ferrovias,
náuticas ou hidrovias que carrega mercadorias entre locais separados por distâncias
consideráveis, às máquinas de transporte movem as cargas por distâncias
relativamente curtas. Na prática, essas distâncias são usualmente limitadas a dezenas
ou centenas de metros e só ocasionalmente atingem milhares de metros, assegurando
uma constante transferência de cargas entre dois ou mais pontos, ligados por uma
atividade comum de produção.
Os processos de transporte desse tipo não se limitam apenas a mover
materiais de um lugar para outro, mas incluem também, operações de carga e
descarga, isto é, entrega do material às máquinas portadoras de carga, descarregandoas em locais predeterminados, alojando as mercadorias em armazéns e movendo-as
aos equipamentos de processo.
A linha de produção atual deve assegurar um funcionamento impecável dos
processos de transporte de matérias-primas, produtos semi-acabados e da produção
terminada, em todas as fases da fabricação e do armazenamento.
Sem a aplicação de complexas máquinas e equipamentos seria inconcebível a
execução manual dos trabalhos de carga e descarga que a indústria moderna
necessita. Além disso, não seria possível a substituição do pesado trabalho humano.
Os atuais equipamentos e máquinas de transporte de alta produtividade, que
trabalham em elevadas velocidades e que possuem grande capacidade de carga
apareçam como resultado do aperfeiçoamento gradual das máquinas no curso de um
longo período de tempo.
2.1.7.1
Classificação das Máquinas de Transporte
Em virtude da grande variedade de equipamentos e máquinas de transporte
existentes, princípios diferentes de operação, sentidos, direções e características do
material a ser transportado é difícil uma perfeita e completa classificação.
16
Uma forma seria o enquadramento em transporte interno ou externo, dentro
ou fora da indústria ou do departamento. As instalações externas de transporte
entregam à unidade fabril matéria-prima, artigos semiacabados, combustíveis,
materiais auxiliares e retiram os produtos acabados e refugos. Já as instalações
internas transportam e distribuem as cargas que entram na empresa às unidades de
processo.
Outra maneira de classificação é feita em função do princípio de operação,
que é uma das suas características mais distintas que são:
a) De ação contínua – são as máquinas de transporte, ou transportadores
propriamente ditos; agrupam vários tipos de correias transportadoras, sistemas de
transporte hidráulicos, pneumáticos e equipamentos de transferência.
b) De ação intermitente – grupo das máquinas de elevação e de superfície,
que podem incluir carros, vagões, etc.
As máquinas de transporte também podem ser divididas segundo as
características do material que é transportado: cargas unitárias ou a granel. As
máquinas de elevação destinam-se principalmente às cargas unitárias, ou seja, o
material constitui uma unidade a ser transportada ou é agrupado em embalagens de
modo a constituir unidade de carga.
A Figura 7 ilustra uma visão geral da classificação das máquinas de elevação
e transporte, as quais destacam-se o grupo máquinas de elevação, os elevadores de
canecas, objeto deste estudo.
Figura 7 - Principais grupos de máquinas de elevação e transporte
Fonte: Módulo - Correia Transportadora - PROCEL 2002
17
Em decorrência das máquinas de ação contínua serem, normalmente, usadas
para transporte de apenas um tipo definido de carga e em um trajeto fixo, elas são
consideravelmente mais fáceis de serem automatizadas; são sistemas de grande
confiabilidade e se destacam por sua elevada produtividade e baixo custo
operacional.
2.1.8
Elevadores de Canecas
Os transportes em elevação – tanto os transportadores de correia quanto os
transportadores helicoidais – possuem limitações. Para vencer essas dificuldades
utiliza-se os elevadores de canecas, de uma ou duas colunas, que conseguem efetuar
transportes verticais com eficiência e economia de custos e espaço físico. Os
elevadores de canecas constituem um meio econômico de transporte vertical de
material a granel, podendo ser inclinados de até 70°, havendo casos especiais de
equipamentos horizontais. São fabricados em vários tipos, em função das
características do material a ser transportado. Podem ser do tipo centrífugo ou do tipo
contínuo e com as canecas fixas em correia ou em correntes. RUDENKO (1976)
a) Elevadores Contínuos
Estes elevadores caracterizam-se por suas canecas espaçadas, por sua baixa
velocidade e também por na maioria das vezes, trabalharem em plano inclinado de
30º com a vertical, porém podem operar verticalmente.
Este tipo de elevador foi projetado para elevação de materiais abrasivos e de
alta granulometria, mas são também empregados na elevação de materiais frágeis ou
extremamente finos como cimento e cal.
Sua inclinação e baixa velocidade lhe proporciona excelente rendimento
devido à facilidade de alimentação total das canecas, assim como, descarga mais
suave. Entre as canecas, praticamente não existe espaçamento e seu formato, além de
proporcionar total carregamento, faz como que na descarga a caneca da frente sirva
de calha de descarga do material da caneca seguinte (Figuras 8 e 9).
18
Figura 8 - Alimentação do elevador de Figura 9 - Descarga natural (a caneca da
canecas contínuo por gravidade.
frente guia o material).
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis
Sólidos.
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis
Sólidos.
Os elevadores de canecas contínuos podem ser:
a.1) Contínuo de correia – normalmente encontrados em transportes de
materiais frágeis, pulverizáveis ou fluídos. Possuem carregamento por alimentação
direta e operam em baixas velocidades e seus conjuntos de cabeceira são maiores que
o dos centrífugos (Figura 10).
Figura 10 - Elevador de canecas contínuo de correia
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis Sólidos.
a.2) Contínuos de corrente – utilizado no transporte de materiais pesados e de
maior granulometria, sendo as canecas fixadas por um par de correntes que são
acionadas por rodas dentadas (Figura 11).
Figura 11 - Elevador de canecas contínua de corrente
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis Sólidos
19
b) Elevadores Centrífugos
Este tipo de elevador tem as canecas espaçadas, operam na vertical e em
velocidade maior que os contínuos. A descarga do material elevado é feita pela ação
da força centrífuga desenvolvida quando as canecas passam ao redor do tambor de
acionamento. É indicado para elevação de materiais de livre vazão, tais como grãos,
areia, carvão triturado e produtos químicos secos. Os elevadores de canecas
centrífugos podem ser:
b.1) Centrífugos de correia – normalmente utilizados para transporte de
materiais finos, secos e de fácil escoamento, e que não possuem fragmentos que
possam danificar a correia. Suas canecas são fixadas diretamente na correia por
parafusos, com o espaçamento ideal para permitir o basculamento da caneca (Figura
12);
Figura 12 - Elevador de canecas centrífugo de correia
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis Sólidos
b.2) Centrífugos de corrente – também utilizados para materiais de
escoamento fácil e não abrasivos, que possam estar depositados no fundo do
transportador. Para o deslocamento da corrente são utilizadas rodas dentadas, que
impossibilitam o deslizamento durante os carregamentos (Figura 13).
20
Figura 13 - Elevador de canecas centrifuga de corrente
Fonte: Transportadores Contínuos para Granéis Sólidos
2.2 CONVERSOR DE FREQUÊNCIA
O conversor de frequência é um equipamento muito utilizado atualmente para
acionamento e controle de motor de indução, considerando que o objetivo desta
dissertação é fazer estudo da comparação do acionamento de motor de indução
através do conversor com acionamento em partida direta, dar-se-á um destaque
dentro da revisão bibliográfica ao estudo mais detalhado sobre funcionamento e
aplicação do conversor de frequência.
2.2.1
Aplicação do Conversor de Frequência no Acionamento de Elevador de
Canecas
Os conversores de frequência são equipamentos eletrônicos que fornecem total
controle sobre a velocidade de motores elétricos de corrente alternada através da
conversão das grandezas fixas, tensão e frequência da rede, em grandezas variáveis.
Apesar de o princípio ser o mesmo, houve grandes mudanças entre os
primeiros conversores de frequência e os atuais, devido, principalmente, à evolução
dos componentes eletrônicos com destaque aos transistores e aos microprocessadores
digitais.
A grande maioria dos conversores de frequência usados pela indústria para
controlar a velocidade de motores elétricos trifásicos de corrente alternada são
desenvolvidos de acordo com 2 (dois) princípios:
21
a) Conversores de frequência desenvolvidos sem um circuito intermediário
conhecido como conversor direto e;
b) Conversor de frequência com um circuito intermediário variável ou fixo.
2.2.2
Princípio de Funcionamento do Conversor de Frequência
Desde meados da década de 60, os conversores de frequência têm passado
por várias e rápidas mudanças, principalmente pelo desenvolvimento da tecnologia
dos microprocessadores e semicondutores e pela redução dos seus preços. Entretanto,
os princípios básicos dos conversores de frequência continuam os mesmos.
Os conversores de frequência podem ser subdivididos em quatro
componentes principais (Figura 14): o retificador, o circuito intermediário, o inversor
e o circuito de controle.
O que todos os conversores de frequência têm em comum é que o circuito de
controle usa sinais para chavear o inversor. Conversores de frequência são
classificados de acordo com o padrão de chaveamento que controla a tensão de saída
para o motor.
Figura 14 – Diagrama simplificado de um Conversor de frequência.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Conversores diretos também devem ser mencionados para conhecimento.
Esses conversores são usados em potências da ordem de MW para gerar frequências
baixas diretamente da alimentação e sua saída máxima está em torno de 30 Hz.
22
2.2.3
Retificador
O retificador, que é conectado a uma fonte de alimentação externa alternada
mono ou trifásica, gera uma tensão contínua pulsante. Existem basicamente 2 (dois)
tipos de retificadores — controlados e não-controlados.
A tensão de alimentação é do tipo tensão alternada trifásica ou monofásica
com frequência fixa (ex. 3 x 380 V/60Hz ou 1 x 220 V/60Hz) e suas características
podem ser ilustradas conforme Figura 15.
V
V
Figura 15 - Tensão monofásica e trifásica.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
As Figuras 15 a) e b) exemplificam sistemas monofásicas e trifásicas de
tensão e a relação com o período.
O retificador de um conversor de frequência é formado por diodos ou
tiristores ou ainda uma combinação destes. O retificador feito com diodos é um
retificador não-controlado e o constituído por tiristores é do tipo controlado. Quando
ambos são utilizados o retificador é semi-controlado.
a) Retificadores não-controlados
Os diodos são componentes semicondutores que permitem a passagem da
corrente em apenas uma direção: do ânodo (A) para o cátodo (K). Não é possível —
como é o caso de outros componentes semicondutores — controlar a intensidade da
corrente. Uma tensão alternada sobre um diodo é convertida em uma tensão CC
pulsante. Se uma fonte trifásica é utilizada junto com um retificador não controlado,
a tensão CC continuará a ser pulsante (Figuras 16 e 17).
23
V
V
Figura 16 - Retificador não controlado
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
V
V
V
V
Figura 17 - Saída de um retificador não controlado.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
b) Retificadores Controlados
Nos retificadores controlados, ao invés de diodos são utilizados tiristores.
Assim como os diodos, os tiristores permitem a passagem da corrente em apenas
uma direção. Entretanto, a diferença entre esses dois componentes é que o tiristor
tem um terceiro terminal, o gate ou porta (G). Essa porta deve ser comandada por um
sinal para que o tiristor conduz. Quando uma corrente passa pelo tiristor, o tiristor irá
conduzi-la até que atinja o valor nulo. A corrente não pode ser interrompida por um
sinal na porta (G). Tiristores podem ser utilizados tanto nos retificadores quanto nos
inversores.
24
O sinal para a porta G é o sinal de controle α do tiristor, que é um atraso de
tempo, expresso em graus. O valor em graus representa o atraso entre a passagem da
tensão por zero e o instante em que o tiristor inicia sua condução (Figuras 18 e 19).
V
V
a) Sinal de entrada.
b) Representação do tiristor.
c) Curva ilustrativa de
operação do tiristor.
Figura 18 - Condução do tiristor.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
V
V
Figura 19 – Circuito representativo retificador controlado trifásico.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
O retificador controlado tem basicamente a mesma configuração do
retificador não controlado com exceção dos tiristores, que são controlados por sinal
do “Gate”. Eles começam a conduzir a partir do ponto que um diodo normal inicia
até 30º de atraso em relação à passagem da tensão por zero. A regulação permite a
variação do valor da tensão contínua na saída do retificador. Um retificador
controlado fornece uma tensão CC com um valor médio de 1,35 × tensão de
alimentação × cos α. Comparado com o retificador não controlado, o controlado
causa maiores perdas e distúrbios na rede de alimentação, porque o retificador drena
uma corrente reativa maior se o tiristor conduzir por um curto período de tempo.
2.2.4
Circuito Intermediário
Existem 3 (três) tipos de circuito intermediário:
a) Que converte a tensão do retificador em sinal contínuo.
25
b) Que estabiliza ou alisa a tensão contínua e a disponibiliza para o inversor.
c) Que converte a tensão contínua do retificador em uma tensão alternada variável.
O circuito intermediário pode ser visto como um reservatório do qual o motor
pode drenar energia através do inversor. Ele pode ser construído de acordo com 3
(três) princípios diferentes dependendo do tipo de retificador e inversor (Figura 20).
V
Figura 20 - Circuito intermediário
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Em conversores, a fonte de corrente do circuito intermediário consiste em um
grande indutor e é combinado apenas com um retificador controlado. O indutor
transforma a tensão variável do retificador em um sinal contínua variável. A carga
determina a amplitude da tensão do motor (Figura 21).
V
V
V
V
V
V
Figura 21 - Inversores fonte de tensão
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Em conversores com fonte de tensão, o circuito intermediário consiste em um
filtro capacitivo e pode ser combinado com os 2 (dois) tipos de retificador. O filtro
“alisa” a tensão pulsante do retificador.
Num retificador controlado, a tensão é constante numa dada frequência e
fornecida ao inversor como uma tensão contínua pura com amplitude variável. Com
retificadores não controlados, a tensão na entrada do conversor é uma tensão CC com
amplitude constante.
26
V
V
V
V
Figura 22 - Circuito intermediário com tensão CC variável.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Finalmente, num circuito intermediário com tensão variável um chopper pode
ser inserido na frente do filtro, como visto na Figura 22. O chopper tem um transistor
que funciona como uma chave para ligar ou desligar a tensão do retificador. O
circuito de controle regula o chopper através da comparação da tensão variável
depois do filtro com um sinal de entrada. Se existe diferença, a relação é regulada
pelo tempo que o transistor conduz e o tempo que ele é bloqueado.
Quando o transistor do chopper interrompe a corrente, a bobina do filtro faz
com que a tensão através do transistor seja muito grande. Para impedir que isso
aconteça, o chopper é protegido por um diodo de roda-livre.
O filtro do circuito intermediário alisa a tensão quadrada que é fornecida pelo
chopper. O filtro capacitivo e indutivo mantém a tensão constante para uma dada
frequência.
O circuito intermediário também pode fornecer inúmeras funções adicionais
dependendo do seu projeto, como: desacoplamento entre o retificador e o inversor;
redução de harmônicas; reserva de energia para suportar variações bruscas de carga.
2.2.5
Inversor
O Inversor é o que “gera” a tensão e a frequência para o motor.
Alternativamente, existem inversores que convertem a tensão contínua numa tensão
alternada variável.
O inversor é a última conexão do conversor de frequência antes do motor e o
ponto final onde a adaptação da tensão de saída ocorre.
27
Do circuito intermediário, o inversor pode receber tanto uma corrente
contínua variável; uma tensão contínua variável quanto uma tensão contínua
constante.
Em todos os casos, o inversor assegura que a saída para o motor se torne
variável. Em outras palavras, a frequência para o motor é gerada no inversor. Se a
corrente ou tensão são variáveis, o inversor gera apenas a frequência. Se a tensão é
constante o inversor gera a tensão e a frequência. Mesmo que os inversores
trabalhem de formas diferentes, sua estrutura básica é sempre a mesma. Os
componentes principais são semicondutores controláveis, colocados em par em 3
(três) ramos.
Em equipamentos de fabricação mais recente, os tiristores são substituídos
pelos transistores que podem ser chaveados de forma mais rápida. Apesar de
depender do tipo de semicondutor utilizado, a frequência de chaveamento esta
tipicamente entre 300 Hertz e 20 kHz.
Os semicondutores nos conversores são “ligados” e “desligados” por sinais
gerados no circuito de controle. Os sinais podem ser controlados de diversas formas.
Figura 23 - Conversor Tradicional.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Conversores
tradicionais,
trabalhando
principalmente
com
circuitos
intermediários de tensão variável, consistem de 6 (seis) diodos, 6 (seis) tiristores e 6
(seis) capacitores (Figura 23).
Os capacitores habilitam os tiristores a chavear, de forma que a corrente
esteja defasada 120º elétricos nas bobinas do motor e estas devem ser adaptadas ao
tamanho do motor. Um campo girante intermitente com a frequência desejada é
produzido quando os terminais do motor são excitados com corrente. Mesmo que
28
isso torne a corrente do motor quase quadrada, a tensão do motor é aproximadamente
senoidal. Entretanto, sempre existem picos de tensão quando a corrente é chaveada.
Os diodos isolam os capacitores da corrente de carga do motor.
V
V
Figura 24 - Inversor para tensão constante ou variável e a saída que depende da frequência
de chaveamento dos transistores.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Em conversores com circuitos intermediários de tensão constante ou variável,
existem 6 (seis) componentes chaveadores e independentemente do tipo de
semicondutor utilizado, a função é basicamente a mesma. O circuito de controle
chaveia os semicondutores utilizando-se das mais diversas técnicas de modulação,
mudando, dessa forma, a frequência de saída do inversor (Figura 24).
A primeira técnica trabalha com tensão ou corrente variável no circuito
intermediário. Os intervalos em que os semicondutores individualmente são
conduzidos são colocados numa sequência que é usada para se obter as frequências
de saída desejada.
Essa sequência de chaveamento é controlada pela amplitude da tensão ou
corrente do circuito intermediário. Utilizando-se um oscilador controlado por tensão,
a frequência sempre obedece à amplitude da tensão. Esse tipo de conversor é
chamado de PAM (Pulse Amplitude Modulation ou Modulação por Amplitude de
Pulso).
29
A outra principal técnica usa um circuito intermediário de tensão constante. A
tensão no motor é conseguida aplicando-se a tensão do circuito intermediário por
períodos mais longos ou mais curtos.
V
V
V
V
Figura 25 - Modulação por amplitude e por largura de pulso.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
A frequência é mudada através da variação dos pulsos de tensão ao longo do
eixo do tempo — positivamente para meio período e negativamente por o outro
meio. Como a técnica muda a largura dos pulsos de tensão, ela é chamada de PWM
(Pulse Width Modulation ou Modulação por Largura de Pulso). PWM é a técnica
mais utilizada no controle dos inversores.
Nas técnicas PWM, o circuito de controle determina os tempos de
chaveamento dos semicondutores através da intersecção entre uma tensão triangular
e uma tensão senoidal superposta (PWM controlada) Figura 25.
2.2.6
Circuito de Controle
O circuito de controle transmite e recebe sinais do retificador, do circuito
intermediário e do inversor. As partes que são controladas em detalhes dependem do
projeto individual de cada conversor de frequência.
O circuito de controle ou placa de controle é a quarta peça do conversor de
frequência e tem quatro tarefas essenciais: controlar os semicondutores do conversor
de frequência; troca de dados entre o conversor de frequência e os periféricos;
verificar e reportar mensagens de falha; cuidar das funções de proteção do conversor
de frequência e do motor.
Os microprocessadores têm aumentado sua capacidade de processamento e
velocidade, aumentando significativamente o número de aplicações possíveis aos
conversores de frequência e reduzindo o número de cálculos necessários a sua
aplicação. Com os microprocessadores o processamento é integrado dentro do
30
conversor de frequência e este está apto a determinar o melhor padrão de
chaveamento para cada estado de operação.
2.2.7
Aplicação do Conversor de Frequência
O conversor de frequência pode ser classificado em dois tipos: conversores
escalares e vetoriais. Os escalares e vetoriais possuem a mesma estrutura de
funcionamento, mas a diferença está no modo em que o torque é controlado.
Nos conversores escalares, a curva V/F é fixada (parametrizada), tomando
como base o tipo de regime de trabalho em que o conversor irá operar. Existe,
porém, uma condição problemática que é justamente o ponto crítico de qualquer
sistema de acionamento AC: as baixas rotações. O sistema AC não consegue um
bom torque com velocidades baixas, devido ao próprio rendimento do motor AC.
Para compensar esse fenômeno, desenvolveu-se o conversor de frequência
vetorial. Muito mais caro e complexo que o escalar, ele não funciona com uma curva
V/F pré-fixada (parametrizada).
O conversor escalar varia tensão e frequência, de modo a otimizar o torque
para qualquer condição de rotação (baixa ou alta). O conversor vetorial controla V/F
através das correntes de magnetização e rotórica do motor.
Normalmente um tacômetro, ou um encoder são utilizados como sensores de
velocidade, formando uma "malha fechada" de controle de velocidade. Existem,
porém, os conversores vetoriais “sensorless”, que não utilizam sensores de
velocidade externos.
Com esta revisão, pode-se observar o grande avanço na tecnologia dos
Conversores de Frequência e sua aplicação no controle dos motores de indução.
Pretende-se utilizar esses conhecimentos na aplicação da pesquisa em instalação de
conversor de frequência para acionamento de elevadores de canecas, analisando a
eficiência energética quanto ao consumo de energia elétrica e seus efeitos quanto à
qualidade de energia elétrica.
31
2.2.7.1 Acionamento de um Motor de Indução Assíncrono
O primeiro estágio do circuito é formada por uma ponte retificadora (onda
completa) trifásica e dois capacitores de filtro. Esse circuito forma uma fonte DC
simétrica, pois há um ponto de terra como referência. Temos então uma tensão
contínua + V/2 (positiva) e, uma –V/2 (negativa) em relação ao terra, formando o
que se denomina de “barramento DC”. O barramento DC alimenta o segundo
estágio, constituída de seis transistores IGBT's, e que, através de uma lógica de
controle (terceira etapa), "liga e desliga” os transistores de modo a alternarem o
sentido de corrente que circula pelo motor.
Observa-se a Figura 26, que a estrutura de um conversor trifásico é
praticamente igual ao modelo monofásico. A primeira etapa é o módulo de
retificação e filtragem, que gera uma tensão DC fixa (barramento DC) e que alimenta
os transistores IGBT's.
Figura 26 - Estrutura do conversor monofásico
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
O circuito de lógica de controle liga os transistores 2 a 2 na seguinte ordem:
• Primeiro tempo: transistores Tl e T4 ligados, e T3 e T2 desligados. Nesse caso, a
corrente circula no sentido de A para B (Figura 27).
Figura 27 - Ligação dos transistores T1 e T4
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
32
• Segundo tempo: transistores T1 e T4 desligados, e T3 e T 2 ligados. Nesse caso, a
corrente circula no sentido de B para A (Figura 28).
Figura 28 - Ligação dos transistores T2 e T3
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Ao inverter-se o sentido de corrente, a tensão na carga (motor) passa a ser
alternada, mesmo estando conectada a uma fonte DC. Caso aumente a frequência de
chaveamento desses transistores, também aumenta a velocidade de rotação do motor
e vice-versa. Como os transistores operam como chaves (corte ou saturação), a forma
de onda de tensão de saída do conversor de frequência é sempre quadrada. Na
prática, os transistores chaveiam modulando largura de pulso (PWM), a fim de se
obter uma forma de onda de tensão mais próxima da senoidal.
Raramente, encontram-se aplicações monofásicas nas indústrias. A maioria
dos conversores é trifásica, portanto, façamos outra analogia de funcionamento,
tomando como base ainda o conversor trifásico. A lógica de controle agora precisa
distribuir os pulsos de disparos pelos 6 IGBT's, de modo a formar uma tensão de
saída (embora quadrada) alternada e defasada de 120° uma da outra.
Como são 6 transistores, deve-se ligá-los 3 a 3, têm-se 8 combinações
possíveis, porém apenas 6 serão válidas, conforme ilustrado a seguir. A Figura 29
representa os IGBT's como chaves, pois em um conversor é assim que eles
funcionam.
Figura 29 – Circuito representativo de funcionamento do IGBT’s
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
33
A lógica de controle proporcionará as seguintes combinações de pulsos para
ativar (ligar) os IGBT's:
1° tempo T1, 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, T1, T2.
As possibilidades T1, 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
conversor. Vamos analisar uma das condições, e as restantes serão análogas.
No primeiro tempo, têm-se T1, T2, e T3 ligados, e os restantes desligados. O
barramento DC possui uma referência central (terra), portanto tem-se +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:
Vrs  
V V
 0
2 2
Vst  
V
2
Vtr  
V V
  V
2 2
 V
     V
 2
A tensão Vrs, por exemplo, significa a diferença de potencial entre R (no caso
como T1, está ligado é igual a + V/2) e S ( +V/2 também). Analogamente, a tensão
Vst = +V/2 - (-V/2) = + V e assim por diante. Caso as seis condições (tempos) que a
lógica de controle estabelece aos IGBT's, tem-se a seguinte distribuição de tensões
nas 3 fases do motor.
34
Tabela 1 - Distribuição das tensões no motor
Traduzindo a Tabela 1 em um diagrama de tempos, as três formas de onda de
tensão, conforme mostra a Figura 30, nota-se que as três fases estão defasadas de
120° elétricos, exatamente como a rede elétrica trifásica.
Se variar a frequência da tensão de saída no inversor altera-se, na mesma
proporção, a velocidade de rotação do motor.
Figura 30 - Curva tensão em função da frequência.
Fonte: Conversores de Frequência e Soft-Starters.
Normalmente, a faixa de variação de frequência dos conversores fica entre
0,5 e 400 Hertz, dependendo do fabricante e do modelo. A função do conversor de
frequência, entretanto, não é apenas controlar velocidade de um motor AC. Ele
precisa manter o torque (conjugado) constante para não provocar alterações na
rotação quando o motor estiver com carga.
35
Para que o torque realmente fique constante, por sua vez, o conversor deve
manter a razão V/F (Tensão ÷ Frequência) constante (Figura 31). Isto é, caso haja
mudança de frequência, ele deve mudar (na mesma proporção) a tensão, para que a
razão se mantenha.
Figura 31 - Gráfico da tensão em função da frequência
Fonte: WEG-Guia Técnico-Motores de indução alimentados por inversores de frequência PWM
O valor de V/F pode ser programado (parametrizado) em um conversor e seu
valor dependerá da aplicação.
Quando o conversor necessita de um grande torque, porém não atinge
velocidade muito alta, atribuí maior V/F que o equipamento puder fornecer, e desse
modo terá um melhor rendimento em baixas velocidades, além de alto torque. Já no
caso em que o conversor deva operar com altas rotações e com torques não tão altos,
parametrizados um V/F menor encontra-se o melhor rendimento para essa outra
situação.
2.2.7.2 Variação da Velocidade do Motor de Indução com conversor.
A relação entre a rotação, a frequência de alimentação, o número de pólos e o
escorregamento de um motor de indução obedece à equação 3:
 
120 f
(1  s)
p
Eq. 3
onde: η : rotação mecânica (rpm);
f : frequência fundamental da tensão de alimentação (Hz);
p : número de pólos;
s : escorregamento.
A análise da fórmula mostra que se pode atuar em 3 (três) parâmetros, no
intuito de variar a velocidade de um motor desse tipo, número de pólos,
36
escorregamento e frequência, neste estudo será dado maior ênfase ao terceiro
parâmetro frequência.
O conversor de frequência atualmente é o método mais eficiente para
controlar a velocidade dos motores de indução. Os conversores transformam a tensão
da rede, de amplitude e frequência constantes, em uma tensão de amplitude e
frequência variáveis. Variando-se a frequência da tensão de alimentação, varia-se
também a velocidade do campo girante e consequentemente a velocidade mecânica
de rotação da máquina.
O torque desenvolvido pelo motor de indução segue a equação 4:
T  K 1. m.I 2
Eq. 4
E o seu fluxo magnetizante, desprezando-se a queda de tensão ocasionada
pela resistência e pela reatância dos enrolamentos estatóricos (Equação 5):
m  K 2
V1
f1
Eq. 5
onde: T : torque ou conjugado disponível na ponta de eixo (N.m);
Φm: fluxo de magnetização (Wb);
I2 : corrente rotórica (A) depende da carga;
V1 : tensão estatórica (V);
K1 e K2 : constantes que dependem do material e do projeto da máquina.
Admitindo-se que a corrente depende da carga e que esta é constante percebese que através da expressão anterior variando proporcionalmente a amplitude e a
frequência da tensão de alimentação, o fluxo e, consequentemente, o torque
permanece constante. O motor fornece assim um ajuste contínuo de velocidade e
conjugado com relação à carga mecânica. As perdas podem ser minimizadas de
acordo com as condições de carga, mantendo-se constante o escorregamento da
máquina em qualquer velocidade, para a mesma carga. A partir das equações acima,
obtém-se o gráfico da Figura 32.
37
Figura 32 - Gráfico da tensão proporcional à frequência
Fonte: WEG - Guia Técnico - Motores de indução alimentados por inversores de frequência PWM
A variação da relação Vb/fb é feita linearmente até a frequência base
(nominal) do motor. Acima dessa, a tensão é máxima (igual à nominal) e permanece
constante, havendo então apenas a variação da frequência aplicada ao enrolamento
estatórico do motor, conforme representado na figura anterior. Assim, acima da
frequência base caracteriza-se a chamada região de enfraquecimento de campo, pois
ali o fluxo decresce com o aumento da frequência, provocando também a diminuição
de torque. A curva característica torque versus velocidade do motor acionado por
conversor de frequência está representada na Figura 33.
Figura 33 - Gráfico do torque em função da frequência
Fonte: WEG - Guia Técnico - Motores de indução alimentados por conversor de frequência PWM
Nota-se, portanto, que o torque permanece constante até a frequência base e
decresce gradativamente acima desta. Como Pm = T x R, a potência útil do motor
cresce linearmente até a frequência base e permanece constante acima desta,
conforme pode ser observado na Figura 34.
38
Figura 34 - Gráfico da potência em função da frequência
Fonte: WEG - Guia Técnico - Motores de indução alimentados por conversor de frequência PWM
São essas características que tem proporcionado um crescimento significativo
do número de aplicações em que a variação de velocidade de motores de indução é
feita por meio de conversores eletrônicos estáticos de frequência. Em síntese os
muitos benefícios propiciados por essas aplicações são:
a) Controle à distância – nos sistemas eletrônicos de variação de velocidade,
o equipamento de controle pode situar-se em uma área conveniente, ficando apenas o
motor acionado na área de processamento, ao contrário dos sistemas hidráulicos e
mecânicos de variação de velocidade.
b) Redução de custos – partidas diretas ocasionam picos de corrente, que
podem causar danos não apenas ao motor, mas também a outros equipamentos
ligados ao sistema elétrico. O conversor de frequência proporciona partidas mais
suaves, reduzindo custos com manutenção.
c) Aumento de produtividade – sistemas de processamento industrial
geralmente são dimensionados na perspectiva de um aumento futuro de
produtividade.
O conversor de frequência possibilita o ajuste da velocidade
operacional mais adequada ao processo de acordo com os equipamentos disponíveis
e à necessidade de produção a cada momento.
d) Eficiência energética – o rendimento global do sistema de potência
depende não apenas do motor, mas também do controle. Os conversores de
frequência apresentam rendimento elevado, da ordem de 97% ou mais. Motores
elétricos também apresentam alto rendimento, chegando a 95% ou mais em
máquinas maiores, operando sob condições nominais. Na variação eletrônica de
39
velocidade, a potência fornecida pelo motor varia de maneira otimizada,
influenciando diretamente a potência solicitada e conduzindo a elevados índices de
rendimento do sistema (motor + conversor).
e) Versatilidade – conversor de frequência é adequado para aplicações com
qualquer tipo de carga. Com cargas de torque variável (pequena demanda de torque
em baixas rotações), o controle reduz a tensão do motor, compensando a queda de
rendimento que normalmente resultaria da diminuição de carga. Com cargas de
torque (ou potência) constante, a melhoria de rendimento do sistema provém da
capacidade de variar continuamente a velocidade, sem necessidade de utilizar
múltiplos motores ou sistemas mecânicos de variação de velocidade (como polias e
engrenagens), que introduzem perdas adicionais.
f) Maior qualidade – o controle preciso de velocidade obtido com conversor
resulta na otimização dos processos. O controle otimizado do processo proporciona
um produto final de melhor qualidade.
Atualmente, o uso dos conversores de frequência para acionamento de
máquinas elétricas de indução trifásica, no ambiente industrial, é amplamente
difundido, visando maior eficiência e um melhor aproveitamento da energia elétrica,
conforme mencionado acima, contudo, o inversor de frequência, geralmente, em sua
topologia possui no estágio de entrada um retificador, que conforme sua operação
poder vir a afetar a qualidade da energia. No estágio de saída do conversor, tanto a
carga a ser alimentada, quanto à técnica de modulação PWM que é empregada,
também podem interferir na qualidade da energia.
O conversor com técnica de modulação PWM tem característica não-linear, o
que causa uma distorção harmônica na corrente na entrada do conversor. Estas
correntes harmônicas, quando somadas à fundamental, resultam em uma distorção
harmônica a qual, interagindo com a impedância da linha, tende a resultar em uma
distorção harmônica também na tensão. Assim, mesmo que a tensão da fonte seja
senoidal, a tensão no ponto de acoplamento pode ser distorcida devido à interação
das correntes harmônicas com a impedância da rede elétrica.
A presença de componentes harmônicas em sistemas de energia elétrica pode
causar grandes danos a equipamentos que venham a fazer parte destes, como por
40
exemplo, ruídos excessivos em motores, redução de vida útil, interferências em
sistemas de comunicação, saturação de transformadores, dentre outros.
2.3 A QUALIDADE DA ENERGIA VERSUS EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA
A qualidade da energia elétrica entregue pelas empresas distribuidoras aos
consumidores sempre foi objeto de interesse de investigação. Todavia, até algum
tempo atrás, a qualidade da energia estava relacionada, sobretudo, à continuidade dos
serviços. A principal preocupação era a não interrupção de fornecimento de energia
elétrica e que as tensões e frequência fossem mantidas dentro de determinados
limites, considerados aceitáveis. Durante dezenas de anos, a grande maioria dos
receptores ligados às redes de energia elétrica era constituída de cargas lineares. Por
essa razão — e uma vez que as tensões da alimentação e corrente são senoidais e de
mesma frequência, podendo apenas encontrar-se defasadas relativamente à tensão ou
a corrente — não havia preocupação com a qualidade de energia elétrica quanto à
distorção causada pelos equipamentos eletrônicos.
Com o desenvolvimento da eletrônica, os equipamentos ligados aos sistemas
elétricos evoluíram, melhorando em rendimento, controlabilidade, economia de
energia e custo, permitindo ainda a execução de tarefas não possíveis anteriormente.
Contudo, esses equipamentos têm as desvantagens de não funcionarem como cargas
lineares.
2.3.1
A Qualidade da Energia Elétrica
O termo “Qualidade da Energia Elétrica” está relacionado com qualquer
desvio que possa ocorrer na magnitude, forma de onda ou frequência da tensão e/ou
corrente elétrica. Pode, portanto, ser interpretada como a capacidade do sistema
elétrico de fornecer energia com tensões equilibradas e sem deformações de forma de
onda. Esta designação também se aplica às interrupções de natureza permanente ou
transitória que afetam o desempenho da transmissão, distribuição e utilização da
energia elétrica. Dessa forma, do ponto de vista ideal, seria a disponibilidade de
energia elétrica com tensões senoidais, equilibradas e com amplitude e frequência
constantes. DUGAN (2003).
41
A Qualidade da Energia em uma determinada barra do sistema elétrico é
adversamente afetada por uma ampla variedade de distúrbios.
Destacam-se as
harmônicas causadas por comandos eletrônicos microprocessados, caso do conversor
de frequência que será estudado nesta pesquisa.
As cargas elétricas, baseadas em processos de chaveamentos eletrônicos,
possuem como principal característica a não-linearidade. Dependendo da topologia
do equipamento utilizado, demandará corrente da rede apenas em determinado
período ou ângulo da oscilação. Esta forma de solicitação de potência resulta na
distorção de forma de onda de tensão e/ou corrente elétrica. Em contrapartida, é
importante afirmar que estas mesmas cargas eletro-eletrônicas, responsáveis pelas
distorções da rede, também tem sua operação alterada em função da qualidade não
ideal energia elétrica.
No Brasil, a preocupação com a qualidade da energia elétrica vem crescendo
cada vez mais, haja vista o empenho de órgãos reguladores como a Agência Nacional
de Energia Elétrica (ANEEL), concessionárias e consumidores. A ANEEL através
dos procedimentos de distribuição (Prodist), publicado em Dezembro/2008 em seu
módulo 8, trata da qualidade de energia elétrica no que tange ao serviço e produto em
âmbito nacional.
Esta nova área de pesquisa da engenharia engloba a análise, o diagnóstico e a
solução, assim como o impacto econômico, de toda e qualquer anomalia no sistema.
Estas anomalias podem se manifestar tanto na tensão, na corrente ou na frequência,
resultando geralmente em falha ou má operação de equipamentos industriais,
comerciais e residenciais.
O crescente interesse pela QEE deve-se, principalmente, à evolução
tecnológica dos equipamentos eletro-eletrônicos, hoje, largamente utilizada nos
diversos segmentos de atividade, sejam eles industriais comerciais ou residenciais.
Atualmente, com a grande aplicação da eletrônica de potência, da microeletrônica e
dos microprocessadores em uma diversidade de equipamentos, desde os relógios
digitais domésticos às complexas linhas de processos automatizados, tem aumentado
significativamente a sensibilidade destes equipamentos a distúrbios da QEE.
Juntamente com a modernização do parque industrial brasileiro e a introdução
maciça de processos controlados eletronicamente, observa-se um aspecto de vital
42
importância da QEE, que diz respeito à sensibilidade destas cargas frente a
fenômenos distintos, tais como distorções da forma de onda ou variações
momentâneas de tensão, dentre outras, inevitáveis nos sistemas elétricos atuais.
Fenômenos relacionados com variações do valor RMS (Root Mean Square)
da tensão, os denominados afundamentos de tensão, cuja causa mais frequente são os
curtos circuitos, se constituem como um dos principais problemas a serem avaliados
e tratados pelos profissionais do setor, pois, comprovadamente, são os maiores
causadores de paradas de equipamentos e processos, com custos financeiros que
podem até mesmo comprometer a saúde financeira de uma determinada empresa. O
efeito dos afundamentos, mesmo devido a faltas localizadas em pontos remotos do
sistema elétrico, se propaga atingindo áreas significativamente grandes. Dada sua
importância, cabe registrar que tais distúrbios são amplamente conhecidos na
literatura internacional como voltage sags. DUGAN (2003).
Outro aspecto que merece destaque é o fato de que os mesmos equipamentos
que se apresentam altamente sensíveis a problemas de qualidade, são os maiores
responsáveis pela deterioração do padrão da qualidade do suprimento elétrico. Essas
duas características têm resultado em um número expressivo de interrupções de
processos industriais, danos a equipamentos, que em última instância podem resultar
em pedidos de ressarcimento por danos, por parte dos consumidores, contra as
empresas concessionárias.
A qualidade da energia, em seu sentido mais amplo, também está se tornando
um fator diferenciador para promover o desenvolvimento regional em sua área de
concessão, assim como ocorre com incentivos fiscais, meios de transporte,
proximidade entre matéria-prima e centros consumidores.
É interessante destacar que, para a implantação de uma indústria, por
exemplo, o procedimento das empresas de energia elétrica tem sido apenas o de
verificar se o projeto elétrico e as proteções associadas à subestação de entrada do
consumidor atendem exigências mínimas e padrões técnicos estabelecidos. Exceção
deve ser feita quando se trata de consumidores com cargas especiais, tais como
fornos a arco, laminadores, máquinas de solda, grandes sistemas de retificação etc.
Nestes casos, as concessionárias estabelecem critérios rígidos de atendimento, de
modo a preservar o próprio sistema e demais consumidores por ela supridos, contra
43
distúrbios de qualidade como harmônicos, afundamentos, flicker e desequilíbrios. No
entanto, para os consumidores com cargas sensíveis, em geral, as concessionárias via
de regra não analisam com a profundidade necessária os aspectos de sensibilidade
frente aos fenômenos mencionados, seja nos processos industriais ou equipamentos
individuais envolvidos. DUGAN (2003).
Por outro lado, o procedimento do consumidor é de realizar estudos técnicoeconômicos para obter um projeto industrial que lhe assegure um processo com
custos de produção mínimos e adequados com a competitividade e realidade do
mercado de atuação. Neste particular, a busca por equipamentos de elevado
desempenho e produtividade passa a ser uma necessidade vital para se obter custos
de produção competitivos e coerentes com uma economia altamente globalizada.
Entretanto, aspectos relacionados com sensibilidade destes equipamentos
frente aos itens de qualidade, ainda não são considerados com a importância devida,
como um dos fatores essenciais para a continuidade operacional dos equipamentos
ou instalações industriais. De modo geral, não existe ainda uma preocupação prévia
por parte dos consumidores quanto à sensibilidade, por vezes excessiva, de seus
equipamentos. Como sempre e infelizmente, o preço é o critério predominante
utilizado pelos consumidores quando da aquisição dos equipamentos.
2.3.2
Normas e Organizações Relacionadas com Qualidade da Energia
É importante destacar que o Continente Europeu que mais cedo levantaram
preocupações com a questão da qualidade de energia e a necessidade de sua
normatização. Uma evidência disso é a norma EN50160, que foi oficialmente
adotada por vários países e tem servido de base para a confecção de normas de
muitos outros. De outro lado, nos EUA, muitas concessionárias tomam por base a
norma IEEE 519, porém, geralmente apenas como referencia, tais como:
EN 50160: é uma nova norma que cobre flicker, inter-harmônicas, desvios/variações
de tensão, e muito mais;
IEC 61000-4-15: é uma norma de medição de flicker que inclui especificações para
medidores;
IEC 61000-4-7: descreve uma técnica de medição padrão para harmônicas;
44
IEEE 519 (1992): é uma prática recomendada pela IEEE, utilizada principalmente
por concessionárias de energia nos EUA. Descreve níveis aceitáveis de harmônicas
para o ponto de entrega de energia pela concessionária.
IEEE 1159 (1995): é uma prática recomendada pela IEEE para monitoração e
interpretação apropriada dos fenômenos que causam problemas de qualidade de
energia.
CBEMA: Computer and Business Equipment Manufacturers Association. A
CBEMA posteriormente transformada em ITIC em 1994. A curva CBEMA define os
níveis de suportabilidade de equipamentos eletrônicos em função da magnitude da
tensão e da duração do distúrbio. Distúrbios fora da curva podem causar danos aos
equipamentos.
ITIC: Information Technology Industry Council. O grupo trabalha para defender os
interesses da indústria de informática (ITIC).
A sociedade brasileira, a exemplo do que ocorre em âmbito mundial, tem
aumentado suas exigências quanto à qualidade de qualquer produto ou serviço que
ela tenha acesso. O governo brasileiro, reconhecendo a importância do assunto, vem
editando, paulatinamente, medidas em prol da proteção e da defesa do consumidor. A
energia elétrica, insumo indispensável para a sociedade moderna, além de oferecer
meios para que a população tenha melhor qualidade de vida, representa ingrediente
básico para a maioria das atividades comerciais e industriais. Assim sendo, a energia
elétrica pode ser tratada tanto sob o enfoque de produto como de serviço.
Tal fato foi reconhecido pelo setor governamental, que levou a edição, em
anos recentes, de documentos tratando do assunto. Um deles, em 1996, na esfera
federal, intitulado Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica. Este documento
foi gerado como resultado do Grupo de Trabalho criado pela portaria do DNAEE nº
163/93. Esta situação culminou com a criação da ANEEL, nesse mesmo ano, tendo
como função básica regular e fiscalizar o sistema elétrico brasileiro. Outros, a
exemplo do estado de São Paulo, que em 1997 instituiu também um Projeto de
Qualidade do Fornecimento de Energia Elétrica, liderado pela Secretaria de Energia
do Estado de São Paulo.
45
2.3.3
Principais Distúrbios Associados à Qualidade da Energia Elétrica
A QEE está relacionada a uma ampla variedade de fenômenos
eletromagnéticos conduzidos, que caracterizam a tensão e a corrente num dado
tempo e local do sistema elétrico.
A Qualidade da Energia em uma determinada barra do sistema elétrico é
adversamente afetada por uma ampla variedade de distúrbios, que podem ser
resumidos da seguinte forma: Transitórios (impulsivos e oscilatórios); Variações de
Curta Duração (interrupções transitórias, afundamentos de tensão e saltos de tensão);
Variações de Longa Duração (interrupções sustentadas, subtensões e sobretensões);
Desequilíbrios; Distorção de Forma de Onda (harmônicos, corte de tensão, ruído
etc.); Flutuações de tensão; Variações de frequência.
As Figuras 35 e 36 mostram os distúrbios que podem ocorrer nos sistemas
elétricos.
Figura 35 - Ilustração dos distúrbios associados à qualidade de energia
Fonte: Electrical Power Systems Quality, 2003.
Figura 36 - Ilustração dos distúrbios associados à qualidade de energia.
Fonte: Electrical Power Systems Quality, 2003.
46
Nesta pesquisa, ater-se-á para um item da qualidade de energia elétrica, a
distorção de forma de onda, os harmônicos presentes no sistema proporcionado por
acionamento com conversor de frequência.
2.3.4
Harmônicos
Tecnicamente, um harmônico é um componente de uma onda periódica, cuja
frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental. São fenômenos
periódicos e ocorrem quando existe uma combinação das componentes da forma de
onda senoidal em 60 Hz, causando deformação na frequência fundamental.
A deformação da forma de onda é um tipo específico de distúrbio, que é
normalmente associada com a crescente quantidade de acionamentos por conversor
de frequência, fontes chaveadas e outros dispositivos eletrônicos.
A presença de harmônicos nos sistemas de potência resulta em um aumento
das perdas relacionadas com o transporte e distribuição de energia elétrica, criando
problemas de interferência com sistemas de comunicação e na degradação do
funcionamento da maior parte dos equipamentos ligados à rede, sobretudo, daqueles
cada vez em maior número que são mais sensíveis, por incluírem sistemas de
controle microeletrônicos que operam com níveis de energia muito baixos.
2.3.5 Harmônicos presentes na tensão de alimentação de um motor de indução
Um motor de indução, operando sob alimentação com distorção harmônica,
pode apresentar de forma semelhante ao transformador, um sobreaquecimento de
seus enrolamentos. Este sobreaquecimento faz com que ocorra uma degradação do
material isolante, que pode levar a uma condição de curto-circuito por danificação do
isolamento. A Figura 37, mostra uma estimativa do acréscimo das perdas elétricas
num motor de indução, em função da distorção total de tensão presente no
barramento supridor.
47
Figura 37 - Perdas elétricas de um motor de indução trifásico em função da distorção total
de tensão.
Fonte: Electrical Power Systems Quality, 2003
Na análise de desempenho de um motor de indução submetido a tensões
distorcidas verifica-se uma perda de rendimento e qualidade do serviço, devido ao
surgimento de torques pulsantes. Estes podem causar uma fadiga do material, ou em
casos extremos, para altos valores de torques oscilantes, interrupção do processo
produtivo, principalmente em instalações que requerem torques constantes como é o
caso de bobinadeiras na indústria de papel-celulose e fábrica de condutores elétricos.
Com a utilização dos reguladores eletrônicos de velocidade, estes efeitos se
pronunciam com maior intensidade, pois os níveis de distorção impostos pelos
conversores superam os valores normalmente encontrados nas redes CA, muito
embora, hoje, com novas técnicas de chaveamento, estes níveis têm sido reduzidos
consideravelmente.
Os motores de indução, de acordo com o seu porte e impedância de sequência
negativa, possuem um grau de imunidade aos harmônicos, conforme sugere a
equação 6. DUGAN. (2003)

2
 Vh 

   1,3%a3,5%
h2  h 
Eq.6
Normas internacionais relativas ao consumo de energia elétrica, tais como
IEEE 519, IEC 61000 e EN 50160, limitam o nível de distorção harmônica de tensão
com os quais os sistemas elétricos podem operar e impõem que novos equipamentos
não introduzam harmônicos de corrente na rede de amplitude superior a
determinados valores. É assim evidenciada a importância em resolver os problemas
48
dos harmônicos, tanto para os novos equipamentos a serem produzidos, quanto para
equipamentos já instalados.
A natureza e a magnitude das distorções harmônicas geradas por cargas nãolineares dependem de cada carga específica, mas duas generalizações podem ser
assumidas:
a) os harmônicos que causam problemas geralmente são os componentes de
números ímpares;
b) a magnitude da corrente harmônica diminui com o aumento da frequência.
Para a quantificação do grau de distorção presente na tensão e/ou corrente,
lança-se mão da ferramenta matemática conhecida por série de Fourier. As vantagens
de se usar a série de Fourier, para representar formas de ondas distorcidas é que cada
componente harmônico pode ser analisado separadamente, e a distorção final é
determinada pela superposição das várias componentes constituintes do sinal
distorcido.
Conhecidos os valores de tensões e/ou correntes harmônicas presentes no
sistema, utiliza-se de um procedimento para expressar o conteúdo harmônico de uma
forma de onda. Um dos mais utilizados é a “Distorção Harmônica Total”, a qual pode
ser empregada tanto para sinais de tensão como para correntes. As equações 7 e 8
apresentam tais definições:
hmáx
DTT 
V2

h 1 h 100(%)
Eq. 7
V12
hmáx
 Ih2
DTI  h1
I12
100(%)
Sendo:
DTT - distorção harmônica total de tensão
DTI - distorção harmônica total de corrente
Vh - valor eficaz da tensão de ordem h
Ih - valor eficaz da corrente de ordem h
Eq. 8
49
V1 - valor eficaz da tensão fundamental
I1 - valor eficaz da corrente fundamental
h - ordem da componente harmônica
A “Distorção Harmônica Individual” é utilizada para a quantificação da
distorção individual de tensão ou corrente, ou seja, para determinar a porcentagem de
determinado componente harmônico em relação ao componente fundamental. As
equações 9 e 10 expressam tais definições.
DIT 
DII 
Vh
x100 (%)
V1
Ih
Eq.9
Eq.10
x100 (%)
I1
Sendo:
DIT - distorção harmônica individual de tensão;
DII - distorção harmônica individual de corrente.
A Tabela 2 sintetiza a terminologia aplicável às formulações do cálculo de
valores de referência para as distorções harmônicas usadas para caracterização das
novas grandezas elétricas que aparecem no sistema elétrico na presença de cargas
não lineares, regulamentada pela ANEEL através da resolução 345/2008, que, no seu
módulo 8, trata dos níveis de harmônicos permitidos nos sistemas de distribuição
elétrica no país.
Tabela 2 - Terminologia aplicável às formulações do cálculo de valores de
referência para as distorções harmônicas, regulamentada pela ANEEL
Identificação da Grandeza
Distorção harmônica individual de
tensão de ordem h
Distorção harmônica total de tensão
Tensão harmônica de ordem h
Ordem harmônica
Ordem harmônica máxima
Ordem harmônica mínima
Tensão fundamental medida
Símbolo
DIT %
DTT %
Vh
h
hmáx
hmin
V1
Fonte: Resolução 345/2008 da ANEEL.
50
Os sinais a serem monitorados devem utilizar sistemas de medição, cujas
informações coletadas possam ser processadas por meio de recurso computacional,
sendo que a capacidade do sistema de medição deve atender aos requisitos de banco de
dados do protocolo de medição a ser definido pela ANEEL.
Para os sistemas elétricos trifásicos, as medições de distorção harmônica devem
ser feitas através das tensões fase-neutro para sistema estrela aterrada e fase-fase, para as
demais configurações. O espectro harmônico a ser considerado para fins de cálculo da
distorção total deve compreender uma faixa de frequência que considere desde a
frequência fundamental, até no mínimo, a 25ª ordem harmônica (Hmin=25). A mesma
resolução estabelece também os valores de referência para as distorções harmônicas
totais que estão mostradas na tabela 3. Estes valores servem como referência do
planejamento elétrico em termos de qualidade de energia elétrica e que,
regulatoriamente, serão estabelecidos em resolução específica, após período
experimental de coletas de dados.
Tabela 3 - Valores de referência global das distorções harmônicas totais (em
porcentagem da tensão fundamental)
Tensão Nominal do Distorção Harmônica Total
Barramento
de Tensão (DTT) [%]
Vn ≤ 1kV
10
1kV < Vn ≤ 13,8kV
8
13,8kV < Vn ≤ 69kV
6
69kV < Vn < 230kV
3
Fonte: Resolução 345/2008 da ANEEL.
Devem ser respeitadas também as percentagens das distorções harmônicas
individuais indicadas na Tabela 4, na qual estão apresentados apenas os índices de
distribuição que serão usados como referência para esta pesquisa.
51
Tabela 4 - Níveis de referência para distorções harmônicas individuais de tensão, em
percentagem da tensão fundamental.
Fonte: Resolução 345/2008 da ANEEL.
2.3.6
Classificação das harmônicas
Sinais de tensão ou corrente com a presença de harmônicas apresentam
comportamento periódico. Estes sinais possuem além da frequência dita
fundamental, frequências múltiplas inteiras desta, portanto, a forma de onda
apresenta-se deformada em relação a um sinal puramente senoidal.
As harmônicas podem ser classificadas quanto a sua ordem ou frequência e
sequência de fase, conforme o exemplo mostrado na Tabela 5.
Tabela 5 – Ordem, frequência e sequência de harmônicas.
Ordem
1
3
5
7
Frequência
60
180
300
420
Sequência
+
0
+
Pode-se ver na Tabela 5 que as harmônicas podem ser de sequência positiva
(+), negativa (-) e zero (0). As equações 11, 12 e 13 permitem verificar a origem da
sequência de fases. Todavia, por não ter presença característica nos sistemas
elétricos, as harmônicas de ordem par não são contempladas neste trabalho.
Observa-se que a sequência de fases das harmônicas depende diretamente da sua
52
ordem:
vha(t) = V ham Sen(ωt)
vhb(t) = V hbm Sen(ωt-120º)
vhc(t) = V hcm Sen(ωt+120º)
Eq.11
Eq.12
Eq.13
Onde h representa a ordem harmônica, vha(t), vhb(t), vhc(t) e Vham, Vhbm,
Vhcm representam, respectivamente, os valores eficazes e valores máximos das
tensões fundamentais e das tensões harmônicas nas fases A, B e C.
As equações de 14 a 19 descrevem o equacionamento matemático para as
tensões na frequência fundamental, e a Figura 38 ilustra no círculo trigonométrico a
sequência de fases para a mesma.
ω1
Figura 38 - Diagrama das tensões fundamentais e
seu sentido de giro.
v1a(t) = V1am Sen1(ωt)
Eq. 14
v1a(t) = V am Sen(ωt)
Eq. 15
v1b(t) = V1bm Sen1(ωt-120º)
Eq. 16
v1b(t) = V bm Sen(ωt-120º)
Eq. 17
v1c(t) = V1cm Sen1(ωt+120º)
Eq. 18
v1c(t)= V cm Sen(ωt+120º)
Eq. 19
Para o caso da terceira harmônica, Equações 20 a 27 ilustram o
desenvolvimento matemático para as tensões, enquanto que a Figura 39 mostra o seu
desempenho no círculo trigonométrico.
53
ω3
Figura 39 - Diagrama das tensões
harmônicas de sequência zero.
v3a(t)= V 3amSen3(ωt)
Eq. 20
v3a(t)= V 3amSen(3ωt)
Eq. 21
v3b(t)= V 3bmSen3(ωt-120°)
Eq. 22
v3b(t)= V 3bmSen(3ωt-360°)
Eq. 23
v3b(t)= V3bmSen(3ωt)
Eq. 24
v3c(t)= V 3cmSen3(ωt+120°)
Eq. 25
v3c(t)= V 3cmSen(3ωt+360°)
Eq. 26
v3c(t)= V 3cmSen(3ωt)
Eq. 27
As expressões de 20 a 27 permitem constatar que, para o caso da terceira
ordem, as três tensões estão em fase, sendo conhecidas como tensões harmônicas de
sequência zero.
Analogamente, as equações de 28 a 37 mostram o desenvolvimento
matemático para a 5ª Harmônica, e a Figura 40 ilustra o comportamento para a
sequência de fases da mesma.
ω5
Figura 40 - Diagrama das tensões
harmônicas de sequência negativa e
seu sentido de giro.
v5a(t)= V 5amSen5(ωt)
Eq. 28
v5a(t)= V 5amSen(5ωt)
Eq. 29
v5b(t)= V 5bmSen5(ωt-120°)
Eq. 30
v5b(t)= V 5bmSen(5ωt-600°)
Eq. 31
v5b(t)= V5bmSen[5ωt-(360°+240°)]
Eq. 32
v5b(t)= V 5bmSen(5ωt+120°)
Eq. 33
v5c(t)= V5cmSen5(ωt+120°)
Eq. 34
v5c(t)= V5cmSen(5ωt+600°)
Eq. 35
v5c(t)= V 5cmSen[5ωt+(360°+240º)]
Eq. 36
v5c(t)= V 5cmSen(5ωt-120°)
Eq. 37
54
Para o caso da quinta harmônica, ilustrada na Figura 40, pode-se observar que
as três tensões estão defasadas de 120° e o sentido de rotação dos fasores é contrário
ao da fundamental, sendo assim, conhecidas como tensões de sequência de fase
negativa.
Por último, as equações de 38 a 47 mostram o desenvolvimento matemático
para a 7ª Harmônica, e a Figura 41 mostra seu comportamento no círculo
trigonométrico.
ω7
Figura 41 - Diagrama das tensões
harmônicas de sequência positiva
e seu sentido de giro.
v7a(t)=V7amSen7(ωt)
Eq. 38
v7a(t)=V7amSen(7ωt)
Eq. 39
v7b(t)=V7bmSen7(ωt-120°)
Eq. 40
v7b(t)=V7bmSen(7ωt-840)
Eq. 41
v7b(t)=V7bmSen[7ωt-(2x360°+120°)]
Eq. 42
v7b(t)=V7bmSen(7ωt-120)
Eq. 43
v7c(t)=V7cmSen7(ωt+120°)
Eq. 44
v7c(t)=V7cmSen(7ωt+840°)
Eq. 45
v7c(t)=V7cmSen[7ωt+(2x360°+120°)]
v7c(t)=V7cmSen(7ωt+120°)
Eq. 46
Eq. 47
Assim como no caso anterior, pode-se observar que as três tensões estão
defasadas de 120°, no entanto, neste caso, o sentido de rotação coincide com o da
tensão fundamental, ou seja, sentido de giro anti-horário, conhecida como
componentes harmônicas de tensão de sequência de fases positiva.
As demonstrações matemáticas das demais harmônicas, isto é, 9ª, 11ª, 13ª,
15ª, 17ª, 19ª, 21ª, 23ª e 25ª são análogas às anteriores, uma vez que estas alternam
nas sequências zero, negativa e positiva.
2.3.7
A Eficiência Energética
Qualquer atividade em uma sociedade moderna só é possível com o uso de
uma ou mais formas de energia. A energia é empregada intensamente na sociedade
em geral e em tudo o que se faz. Surge então a necessidade de utilizá-la de modo
55
inteligente e eficaz e entre as suas diferentes formas interessam em particular,
aquelas que são processadas pela sociedade e colocadas à disposição dos
consumidores onde e quando necessárias e, entre estas, cita-se a energia elétrica.
Pode-se afirmar com segurança que a energia elétrica é vital ao bem-estar do
ser humano e ao desenvolvimento econômico no mundo contemporâneo. A
racionalização do seu uso possibilita melhor qualidade de vida, gerando,
consequentemente, crescimento econômico, emprego e competitividade. Uma
Política de ação referente à Eficiência Energética tem como meta o emprego de
técnicas e práticas capazes de promover os usos “inteligentes” da energia, reduzindo
custos e produzindo ganhos de produtividade e de lucratividade, na perspectiva do
desenvolvimento sustentável.
A eficiência energética é a economia de energia, aliada às tecnologias mais
eficientes, a novos materiais e equipamentos e ao uso de recursos naturais com
alternativas ecológicas, portanto, a eficiência é a soma de ações e atitudes para
otimização no consumo de energia elétrica.
A preocupação com a eficiência energética no Brasil é recente, uma vez que
os grandes mananciais hídricos permitiram que se utilizasse a energia elétrica no
Brasil, de forma abusiva por décadas. Uma das iniciativas que demonstraram tal
preocupação foi a criação do Programa de Conservação de Energia Elétrica
(PROCEL) em 1985, sinalizando para a definição de uma política para a conservação
de energia no país. Um fato a ser lembrado, foi a escassez de recursos nos
reservatórios das usinas hidroelétricas ocorrida no ano de 2001. Fato este, que impôs
um racionamento aos consumidores como meio de buscar a redução do consumo
energético, a partir de metas de eficiência definidas por órgãos governamentais.
Em 08 de dezembro de 1993, foi instituído, através de decreto presidencial, o
Selo Procel de economia de energia — um produto mantido pelas Centrais Elétricas
Brasileiras S.A – (ELETROBRÁS). O selo tem por objetivo orientar o consumidor
no momento da compra, indicando produtos que apresentam os melhores níveis de
eficiência energética dentro de cada categoria. Atualmente, existem selos para
refrigeradores, freezers, aparelhos de ar-condicionado, motores de indução trifásicos,
lavadoras, lâmpadas, entre outros.
56
A lei 10.295 de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a política nacional
de conservação e uso racional de energia elétrica, foi regulamentada pelo decreto
4.059 em 19 de dezembro de 2001. Nesta lei, o governo brasileiro estabelece níveis
máximos de consumo de energia ou mínimos de eficiência energética para máquinas
e aparelhos elétricos comercializados no país.
Em 1984, o Instituto Nacional de Metrologia (INMETRO) começou a discutir
a questão energética e a informar os consumidores sobre o consumo energético de
cada produto. No Brasil, a partir de 1993, iniciou-se um trabalho com o objetivo de
melhorar os rendimentos nominais dos motores no âmbito do PBE — Programa
Brasileiro de Etiquetagem. Os fabricantes nacionais de motores, além do Inmetro,
Procel e Ministério de Minas e Energia – MME, estabelecem, por consenso, metas de
melhoria dos rendimentos. Em 2002, com a regulamentação da Lei nº 10.295/2001
de Eficiência Energética, mais tarde complementada pelo Decreto 4.508/2002 para
motores elétricos de indução trifásicos, foram estabelecidas tabelas de rendimentos
mínimos de motores de linha padrão e alto rendimento.
2.3.8
O Consumo da Energia Elétrica
A geração de energia elétrica no Brasil em centrais de serviço público e
autoprodutores atingiu 466,2 TWh em 2009, resultado 0,7% superior ao de 2008.
Permanece como principal a contribuição de centrais de serviço público, com 87,8%
da geração total. Nestas, a principal fonte é a energia hidráulica, que apresentou
elevação de 4,9% na comparação com 2008, em função do regime hidrológico
favorável, no período observado. A geração pública a partir de combustíveis fósseis
caiu 35,1%, com redução expressiva na geração a partir do gás natural (65,2%) e do
óleo combustível (33,3%). A geração de autoprodutores em 2009 apresentou
expressivo crescimento de 11,5% com relação ao ano anterior, considerando o
agregado de todas as fontes utilizadas. Importações líquidas de 40,0 TWh, somadas a
geração interna, permitiram uma oferta interna de energia elétrica de 506,1 TWh,
montante 0,2% superior a 2008. O consumo final foi de 426,0 TWh, uma redução de
0,5% em comparação com 2008 segundo Informação do BEN 2010.
57
Do lado do consumo, o setor residencial apresentou crescimento de 6,5%
devido, principalmente, às políticas de redução de impostos para alguns bens de
consumo durante a crise econômica, além do aumento de renda per capita. O setor
industrial apresentou queda de 5,5% no consumo elétrico no biênio 2009-2008,
explicado pela redução da produção física em algumas atividades energo-intensivas.
Os demais setores — comercial, agropecuário, público e transportes — quando
analisados em bloco apresentaram variação positiva de 1,8% em relação ao ano
anterior.
O setor energético apresentou crescimento de 2,0%. Em 2009, com acréscimo
de aproximadamente 2 GW, a capacidade instalada das centrais de geração de
energia elétrica do Brasil alcançou 106.215 MW, na soma das centrais de serviço
público e autoprodutoras. Deste total, o acréscimo em centrais hidráulicas
correspondeu a 67,4%, ao passo que centrais térmicas responderam por 23,6% da
capacidade adicionada. Por fim, as usinas eólicas foram responsáveis pelos 8,9%
restantes de aumento do grid nacional.
O setor industrial, segundo o Balanço Energético Nacional (BEN) de 2010,
consumiu o correspondente a 43,7% da produção de energia elétrica do país no
mesmo período. Ainda no que se refere ao cenário industrial, no Brasil, os Sistemas
Motrizes, são responsáveis por cerca de 49% das cargas elétricas industriais,
chegando a 70% em determinadas regiões.
A Figura 42 registra o perfil de
consumidores por tipo de carga na indústria.
32%
49%
Sistemas Motrizes
Iluminação
Caldeira
7%
Eletroquimica
10%
Fornos
2%
Figura 42 - Perfil de consumo por tipo de carga na indústria.
Fonte: Balanço Energético Nacional 2010.
58
A Figura 43, a seguir, ilustra o perfil do consumo de energia elétrica no
Brasil, no ano de 2010. O maior destaque é para o setor industrial seguido pelo
residencial.
5%
Residencial
24%
Comercial
Público
44%
15%
Agropecuária
Industrial
8%
4%
outros
Figura 43 – Consumo de energia por setores em 2010 (GWh)
Fonte: Balanço Energético Nacional 2010
A Figura 44 apresenta um histórico de consumo para setores da economia de
1971 a 2007. Neste gráfico, pode-se visualizar a queda de consumo exigido pelo
racionamento em 2001. Entretanto, as curvas ao longo do tempo retomam suas taxas
de evolução logo a seguir, demonstrando o mesmo ritmo de crescimento que tinha
antes do racionamento, exceção feita ao consumo residencial, que sobe, desde então,
em ritmo mais lento.
420
360
OUTROS
300
240
INDUSTRIAL
180
120
C OMERC IAL
60
RESIDENC IAL
2007
2004
2001
1998
1995
1992
1989
1986
1983
1980
1977
1974
1971
0
Figura 44 - Consumo de eletricidade para vários setores da economia – TWh.
Fonte: Balanço Energético Nacional ano base 2005 MME 2008.
59
Os estudos da Empresa de Pesquisa Energética (EPE) indicaram, para o ano
de 2007, um crescimento no consumo de energia elétrica (consumo direto na rede
somado a autoprodução) de 5,8%, taxa ligeiramente superior ao crescimento da
economia de 5,4%, conforme dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
(IBGE). A projeção do consumo total no horizonte decenal aponta um crescimento
no consumo de eletricidade de 5,5% ao ano, para um crescimento médio do Produto
Interno Bruto (PIB) de 5% ao ano, atingindo 706,4 TWh em 2017, dos quais 604,2
TWh (85,5%) significarão demanda à rede (a diferença será atendida por
autoprodução). Em 2007, essa proporção era de 91,5%.
Da constatação acima, observa-se que o uso eficiente de energia elétrica é
importante para diminuir essa demanda. Como exemplo, no mesmo estudo a EPE
informa que, nas projeções, o consumo residencial cresce à taxa média de 5,3% ao
ano ao longo do horizonte decenal, impulsionado pelo aumento da renda e pela
ampliação na universalização do acesso à rede elétrica. Entretanto, a maior
penetração de equipamentos eletrodomésticos não implicará em aumento substancial
na demanda. Esse feito é graças ao uso de equipamentos mais eficientes do ponto de
vista energético. O mesmo estudo prevê que o consumo médio mensal por
consumidor residencial chegará a 185 kWh, valor apenas 3% superior ao recorde de
180 kWh observado antes do racionamento de 2001. MARQUES, et al. (2006).
A competitividade cada vez maior, a nível mundial entre as indústrias, obriga
alguns desses setores a produzir com menor uso possível de energia elétrica.
Diversos segmentos industriais experimentaram redução no consumo específico de
energia entre os quais se destacaram o setor de cimento, de papel e celulose e de
materiais não ferrosos. Como exemplo disso, a Figura 45 mostra um gráfico dessa
tendência.
60
Figura 45 - Consumo específico de energia elétrica de alguns setores industriais
Fonte: Balanço Energético Nacional (BEN). 2008
O Brasil perde, por ano, R$ 11 bilhões com ineficiência energética. São
desperdiçados 12,6 bilhões de MWh de energia, volume suficiente para abastecer a
cidade do Rio de Janeiro por 12 meses, segundo dados da Abesco (Associação
Brasileira das Empresas de Conservação de Energia), apresentados no dia 17 de
novembro de 2007 no Seminário de Eficiência Energética.
Outra iniciativa de grande impacto sobre os estudos referente à utilização
racional de energia elétrica na indústria foram os convênios entre o PROCEL e
diversas universidades no país, viabilizando a construção de laboratórios de
pesquisas em eficiência energética. Estes convênios levaram ao seio universitário
uma problemática que poderia ser debatida em congressos, assim, a indústria, bem
como consultores, teria acesso a uma leitura especializada publicada em anais e
revistas.
Melhorar as técnicas e utilizar equipamentos mais eficientes é o caminho para
o setor industrial aumentar a produtividade, competitividade e reduzir também o
impacto do setor energético no clima mundial. Mas talvez a grande atração na
adoção de medidas que revertam em maior eficiência energética, seja, a rentabilidade
obtida (Previsão de Cargas de Sistemas Interligados, Rio Janeiro, 2008). Há de se
citar, também, o convênio assinado entre a ELETROBRÁS/COPEL e a
Confederação Nacional da Indústria, Instituto Euvaldo Lodi (CNI/IEL) para a
promoção da qualidade e eficiência energética de transformadores de distribuição.
61
O objetivo primordial é estabelecer um nível mínimo aceitável de
desempenho para transformadores e implantar um programa de premiação por selo e
certificação. Esta certificação tem lugar, pois, segundo a mesma referência, as perdas
em transformadores, da ordem de 2%, representam quase um terço das perdas totais
do sistema elétrico.
O eficiente uso da energia elétrica em parques industriais constitui um grande
diferencial na eficiência e competitividade das mesmas. Dentre os sistemas utilizados
nas indústrias, o sistema de acionamento motriz por meio eletrônico figura como um
grande potencial para economia no consumo de energia elétrica. Nos sistemas de
distribuição e transmissão, observa-se comumente a presença de motores de indução,
sistemas a tração e uma grande gama de cargas monofásicas com processamento
eletrônico de energia elétrica. Tais elementos melhoraram bastante a qualidade de
acionamento das máquinas e o controle dos processos produtivos, contudo, são
geradores de desequilíbrios de tensão na rede elétrica e consequentemente depreciam
a qualidade de energia, pois proporciona condições não ideais de funcionamento.
2.3.9
Eficiência Energética do Elevador de Canecas
O rendimento global do sistema de potência depende não apenas do motor,
mas também do controle que é utilizado. Os conversores de frequência apresentam
rendimento elevado, da ordem de 97% ou mais, conforme dados da WEG — Módulo
01 comando e proteção.
Motores elétricos também apresentam alto rendimento, chegando a 95% ou
mais em máquinas de potências elevadas, operando sob condições nominais. No
controle eletrônico de velocidade, a potência fornecida pelo motor varia de maneira
otimizada, influenciando diretamente a potência demandada e conduzindo a elevados
índices de rendimento do sistema.
O elevador de canecas é um sistema de cargas de torque constante, portanto,
apresenta um melhor rendimento acionado com conversor de frequência. Isso se deve
à capacidade de variar continuamente a velocidade, sem necessidade de utilizar
múltiplos motores ou sistemas mecânicos de variação de velocidade, como polia e
62
engrenagens, que introduzem perdas adicionais. Sem essas perdas, o sistema tornase mais eficiente, e com baixo índice de manutenção mecânica.
O sistema acionado por conversor de frequência possibilita ajustar a
velocidade do motor de acordo com a linha de produção. Nas condições em que não
se exige a velocidade nominal do motor, pode ajustá-lo a uma frequência menor,
diminuindo a velocidade e, consequentemente, a demanda solicitada do sistema.
63
3
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
FEDERAL DE MATO GROSSO
DA
UNIVERSIDADE
O Laboratório de Eficiência Energética da Universidade Federal de Mato
Grosso convenio Eletrobrás/UFMT, é composto por 5 (cinco) quadros elétricos,
operados por meio de sistema surpervisório, baseado na arquitetura SCADA,
interconectados entre si e às bancadas através de rede ethernet. O Software utilizado
para a automação é o ElipseScada. (Figura 46)
Figura 46- Tela Inicial do Software ElipseScada.
Os quadros elétricos estão assim distribuídos: 1 (um) Centro de Controle e
Proteção (Alimentação Geral), e 4 (quatro) quadros, para acionamento: da bancada
do ventilador industrial, da bancada da bomba centrífuga, da bancada do compressor
64
industrial e do elevador de canecas. Cada quadro está conectado a um computador
por meio do qual aciona-se os comandos. O painel de alimentação geral é
responsável por efetuar a distribuição de energia, bem como a proteção elétrica para
cada uma das bancadas citadas acima. Este painel é equipado com um disjuntor geral
de entrada, um relé falta de fase, um disjuntor de proteção contra falta a terra, e um
contator geral. A Figura 47 ilustra o centro de controle e proteção (Alimentação
Geral), e a Figura 48 mostra o Centro de Controle do Conjunto Elevador de Canecas.
Figura 47- Centro de Controle e Proteção (Alimentação Geral)
Fonte: Foto Laboratório de Eficiência Energética da UFMT
Figura 48 - Centro de Controle do Conjunto Elevador de Canecas.
Fonte: Foto do Laboratório de Eficiência Energética da UFMT.
65
O Centro de Controle do conjunto Elevador de Canecas é composto por um
disjuntor e um contator geral que alimenta um barramento de distribuição. Entre o
contator e este barramento está instalado um medidor de energia elétrica e um
conjunto de 3 (três) resistências shunt que permitem observar a forma de onda de
corrente que circula pelo conjunto. Tem-se uma régua de bornes do painel onde estão
disponíveis os pontos para verificar o sinal, bem como para medição dos níveis de
tensão em cada uma das fases que alimenta a bancada. Conforme diagrama ilustrado
na Figura 49, pode-se observar que o barramento geral alimenta:
- Quatro capacitores de 0,5 kVAr
- O contator que alimenta o motor em partida direta;
- O contator que aciona o motor com conversor de frequência e
- Contator para acionamento com soft-starter.
O centro de controle permite acionamento do motor por partida direta, com
conversor de frequência, com soft-starter, e a ativação do banco de capacitores para
correção do fator de potência e também selecionar qual motor deverá ser alimentado,
motor de indução convencional ou motor de alto rendimento. (Figura 49).
Figura 49 – Diagrama Unifilar do sistema de acionamento do motor.
66
Figura 50 – Tela de exibição das grandezas do motor
O usuário poderá solicitar qualquer um dos 3 (três) tipos de partida citadas,
sendo que deve ser utilizado um tipo de partida por vez. Todo processo de operação é
interativo e feito via sistema surpervisório, facilitando a utilização das bancadas. Do
lado da carga, pode ser selecionado dois tipos de motores (convencional ou alto
rendimento). Estes motores estão acoplados em um único eixo e a partida de
qualquer um deles implica em movimento de todo conjunto. Apenas um dos motores
pode ser acionado por vez. Na tela ilustrada na Figura 50 pode-se fazer a leitura dos
parâmetros do motor, a Figura 51 mostra a arquitetura do funcionamento do elevador
de canecas.
67
Figura 51 - Arquitetura do Funcionamento do Elevador de Canecas
A bancada utilizada para experimentação em laboratório é totalmente
automatizada por meio do Controlador Lógico Programável (CLP), possuindo
Interface Homem Máquina (IHM) e Sistema Surpervisório, possibilitando múltiplas
maneiras de acionamento da carga em questão, objetivando maior precisão na coleta
de dados e nas alternativas da pesquisa. Esta viabiliza a utilização de motor de
indução standard ou de alto rendimento, assim como, acionamento através de partida
direta ou soft-starter ou ainda acionamento com controle analógico ou digital via
conversor de frequência. Além desses recursos, também é possível controle do fator
68
de potência do barramento de entrada, através da inserção opcional de bancos de
capacitores fixos.
A coleta de dados foi obtida com auxilio do analisador de energia MARH-21
como mostra a Figura 52. As Tabelas 6 e 7 têm as especificações técnicas do
fabricante do motor e do conversor de frequência que compõem o sistema de
elevador de canecas, ilustrado no diagrama da Figura 51, que foram utilizados nesta
pesquisa.
Figura 52 - Analisador de energia MARH-21
Tabela 6 - Dados do motor de indução
MOTOR WEG STANDARD
Potência
Frequência
1,5CV
60 Hz
Tensão 220 V
Tensão 380 V
4,28 A
2,48 A
Rendimento
Fator de Potência
78,5%
0,86
Rotação
Temp. Máxima
3370 RPM
40°C
Ip/In
CAT
7,5
N
69
Tabela 7 - Dados do Conversor de Frequência
CONVERSOR DE FREQUÊNCIA
Marca
Modelo
In 1x220-240 V
In 3x200-240 V
OUT: 3x0-Uln
Chassis
Temp. Máxima
Potência
3.2.
Danfoss
VLT 2800
15,2A
7,6 A
6,8 A / 2,7kVA
IP 20
45°C / 113°F
2,2 – 3,7 kW
Medições realizadas no laboratório
Neste trabalho, foram realizadas medições das grandezas elétricas no
processo de acionamento de um sistema de transporte de grãos, por meio do elevador
de canecas, com acionamento microprocessado por conversor de frequência, e
sistema convencional por partida direta. As medições foram realizadas no
barramento secundário de alimentação do sistema acionado por motor de indução de
1,5 CV. A carga utilizada foi do tipo constante de 57,3kg para os dois distintos
acionamentos, sendo que as frequências de acionamento do conversor variaram de 20
a 60 Hertz, com variação de 10 em 10 Hertz. As Figuras 53 apresentam o esquema
de ligação do analisador de energia no sistema.
Feita a conexão do analisador no sistema de acionamento do conjunto elevador
de canecas, acionando uma carga de 57,3kg, interligou-se o analisador com o
notebook que registra as grandezas elétricas via programa ANAWIN como ilustrado
nas Figuras 53.
70
Figuras 53 - Esquema de ligação do analisador em partida direta e com conversor.
A – Sistema acionado em Partida Direta

Motor Standard 1,5CV;

Carga de 57,3 kg;

Material utilizado como carga foi granulado de polietileno de alta
densidade;

Analisador de energia MARH-21;

Note Book com Softwere ANAWIN;

Elevador de Canecas;

Cabos e conexões.
A partir dos sinais de entrada de tensão e corrente, o analisador MARH-21
disponibiliza os valores das tensões de fase e linha, correntes, fator de potência por
fase e total, potências, energias, DHT de tensão e corrente, potência reativa total
necessária para correção do fator de potência, sequência de fases, as demandas na
ponta e fora da ponta por fase e totais e fator de deslocamento, etc.
71
Ponteira
de Tensão
Conversor de Frequência
Analisador de Energia
Clamp de Corrente
Note Book
Figura 54: Ligação do Analisador MARH-21 na carga.
Fonte: Foto Laboratório de Eficiência Energética da UFMT.
B - Acionamento com Conversor de Frequência

Motor Standard 1,5CV;

Carga de 57,3 kg;

Material utilizado como carga foi granulado de polietileno de alta
densidade;

Analisador de energia MARH-21;

Note Book com Softwere ANAWIN;

Elevador de Canecas;

Cabos e conexões.
A Figura 55 ilustra o elevador de canecas conectado ao centro de controle onde
foram coletados os dados.
72
Elevador de canecas
Centro de Controle do
Conjunto Elevador de
Canecas
Figura 55 Elevador de Canecas instalado no laboratório.
Fonte: Foto Laboratório de Eficiência Energética da UFMT.
Foram adotados os mesmos procedimentos descritos anteriormente, para
conectar o analisador MARH-21 na carga agora utilizando o conversor de frequência
para registrar os dados e fazer a comparação do consumo de energia elétrica e
demanda de potência ativa do elevador de canecas, acionado por partida direta e com
conversor de frequência.
Primeiramente, foi realizada a cronometragem do tempo em segundos que o
sistema leva para realizar uma volta completa. Inicialmente, o sistema foi acionado
com partida direta, em seguida, com conversor de frequência, nas frequências de 20 a
60 Hertz variando de 10 em 10 Hertz. Foram colhidas dez medições para cada
acionamento e feito a média aritmética de cada medida. Depois, fez-se a conversão
do tempo de segundos para horas aplicando as equações 48 e 49. Esta conversão de
segundos para hora é necessária porque o consumo de energia elétrica é medido e
cobrado em quilowatts-hora (kWh) pelas concessionárias.
Tmed 
t1  t 2  t3  ....  t n
n
Eq. 48
73
Thoras 
Tmed
3600
Eq. 49
Onde: Tmed - Média Aritmética de todos os tempos medidos em segundo;
n - número de medições;
Thoras - tempo em horas.
A Tabela 8 ilustra o tempo gasto para o elevador de canecas completar um
ciclo nas frequências de 20 a 60 Hertz e na partida direta em segundos e em horas.
Tabela 8 - Tempo gasto para o elevador de canecas completar um ciclo nas
frequências de 20 a 60 Hertz e partida direta
Frequência (Hz)
20
30
40
50
60
Partida Direta
Tempo (s)
11,924
7,914
5,918
4,619
3,958
4,153
Tempo (h)
3,312x10-3
2,198x10-3
1,643x10-3
1,283x10-3
1,099x10-3
1,153x10-3
A Figura 56 ilustra o tempo médio em horas que o elevador de canecas leva
para completar um ciclo, quando acionado por conversor de frequência, nas
frequências de 20 a 60 Hertz e na partida direta.
Figura 56 – tempo gasto para completar um ciclo em função da
frequência de operação.
No Gráfico da Figura 56, observa-se que o tempo para o elevador de canecas
completar um ciclo é menor quando acionado com conversor de frequência em 60
Hertz, em relação à partida direta.
74
Ressalta-se que essa diferença de tempo pode ser em decorrência de dois
fatores: primeiro, devido ao tipo de modulação da tensão que foi injetada no motor.
Este possui a frequência de 10 kHz, conforme o projeto de construção do conversor
e, segundo, pode ser na medição do tempo que foi feita com cronômetro analógico,
possibilitando que haja erro de leitura, mas essa diferença de tempo é apenas de 195
milisegundos, representa 4,69%, estando dentro da margem de aceite.
Para o calculo do consumo de energia elétrica considera-se a potência ativa
média registrada no analisador de energia em cada frequência. Na frequência de 20
Hertz, o tempo que o sistema gastou para completar um ciclo, foi de 11,924
segundos, convertendo o tempo em horas temos 3,312x10-3 horas, conforme
registrado na Tabela 8.
Com a potência ativa média ilustrada no gráfico da Figura 57, plotado no
programa MATLAB versão 6.1, calculou-se a energia consumida em cada ciclo do
elevador de canecas neste caso em 20 Hertz.
Figura 57 - Potência ativa média em 20 Hertz
Na frequência de 20 Hertz, para calcular o consumo de energia gasto em cada
ciclo, considera-se a potência ativa média de 0,393 kW e utiliza-se na equação 50.
Wc  Pxt
Wc  0, 393kWx3, 312 x10 3 h
Wc  0, 001301kWh por ciclo
Onde: Wc - Energia elétrica consumida em um ciclo;
P - Demanda de potência ativa média em 20 Hertz;
t - Tempo gasto para completar um ciclo em horas.
Eq.50
75
Na frequência de 30 Hertz, o tempo que o sistema gasta para completar um
ciclo, foi de 7,914 segundos. Esse valor foi obtido com o mesmo procedimento
anterior, convertendo o tempo em horas temos 2,198x10 -3 horas, registrado na
Tabela 8.
Figura 58 - Potência ativa média em 30 Hertz.
Com a potência ativa média, ilustrada no gráfico da Figura 58, tem-se 0,593
kW, calcula-se a energia consumida em cada ciclo na frequência de 30 Hertz do
elevador de canecas.
Wc  Pxt
Wc  0, 593kWx 2,198 x10 3 h
Wc  0, 001303kWh por ciclo
Figura 59 - Potência ativa média em 40 Hertz
76
Na frequência de 40 Hertz, o tempo que o sistema gasta para completar um
ciclo foi de 5,918 segundos. Esse valor foi obtido com o mesmo procedimento
anterior, convertendo o tempo em hora temos 1,643x10-3 horas para calcular o
consumo de energia em um ciclo.
Com a potência ativa média 0,765kW, ilustrada no gráfico da Figura 59,
calcula-se a energia consumida em cada ciclo, na frequência de 40 Hertz, do elevador
de canecas.
Wc  Pxt
Wc  0, 765kWx1, 643 x10 3 h
Wc  0, 001256 kWh por ciclo
Com o mesmo procedimento, calcula-se a energia consumida em um ciclo
para as frequências de 50 Hertz, 60 Hertz e partida direta. A Tabela 9 registra o
consumo por ciclo das frequências de 20 a 60 Hertz e partida direta.
Tabela 9 - Consumo por ciclo (kWh/ciclo)
Wc20Hz
Wc30Hz
Wc40Hz
Wc50Hz
Wc60Hz
Wcpd
0,001301 kWh/ciclo
0,001303 kWh/ciclo
0,001256 kWh/ciclo
0,001212kWh/ciclo
0,001134 kWh/ciclo
0,001384 kWh/ciclo
Considerando que o sistema opera em média 10 horas por dia, calcula-se o
número de ciclos que esse sistema desenvolve nesse período, para cada frequência de
20 a 60 Hertz e partida direta, com o objetivo de obter o consumo diário. Na Tabela
10, registra-se o número de ciclos que o elevador de canecas realiza em 10 horas.
77
Tabela 10 - Número de ciclos em 10 horas nas frequências de 20 a 60 Hertz e partida
direta do elevador de canecas.
Frequência (Hz)
20 Hz
30 Hz
40 Hz
50 Hz
60 Hz
Partida Direta
Cálculo do Número de Ciclos
Cálculo do número de ciclos
Número de ciclos em 10 horas
3.019,32
10h
3
3,312 x10
4.549,59
10 h
3
2,198 x10
6.086,42
10h
3
1, 643 x10
7.794,23
10 h
3
1, 283 x10
9.099,18
10h
3
1,099 x10
8.673,02
10h
1,153 x10 3
Utilizando os dados de consumo de energia elétrica para um ciclo e o número
de ciclos para 10 horas de funcionamento do elevador de canecas, calculou-se o
consumo médio diário de energia elétrica, aplicando a equação 51 nas frequencias de
20 a 60 Hertz e na partida direta.
Wd 20 Hz  Wc xN c
Eq. 51
Sendo: Wc - Energia consumida em um ciclo em 20 Hertz
Nc - Número de ciclos em 10 horas em 20 Hertz
Wd 20 Hz - Energia consumida em 10 horas em 20 Hertz
Cálculo do consumo de energia diária, considerando 10 horas de trabalho no
dia, na frequência de 20 Hertz.
Wd 20 Hz  0, 001301kWh / ciclox3.019, 32 ciclos / dia  3, 9341kWh / dia
Wd 20 Hz  3, 9341kWh / dia
A Tabela 11 ilustra os valores do consumo de energia diária nas frequências
de 20 a 60 Hz e na partida direta.
78
Tabela 11 - Consumo diário de energia elétrica na frequência de 20 Hz a 60 Hz e
partida direta.
Wd 20Hz
Wd 30Hz
Wd 40Hz
Wd 50Hz
Wd 60Hz
3,9341 kWh/dia
5,9362 kWh/dia
7,6445 kWh/dia
9,4466 kWh/dia
10,3184 kWh/dia
Wdpd
12,0034 kWh/dia
Para analisar o impacto do acionamento convencional, através do conversor
de frequência no consumo de energia elétrica, pode-se proceder de duas formas.
Primeiramente, da análise do número de ciclos para os diferentes acionamentos,
compara-se o consumo de energia elétrica, absorvida na frequência escolhida com
seus respectivos ciclos pelo número de ciclos da frequência que se deseja comparar.
O cálculo efetuado demonstra a comparação da energia absorvida com o sistema,
operando em 20 Hertz em relação à energia absorvida quando o sistema opera em 30
Hertz mostrando que a energia absorvida em 20 Hertz foi corrigida ao período de 30
Hertz, conforme mostra a Tabela 12. Qualquer outra comparação em diferentes
frequências pode ser realizada, obtendo resultados idênticos.
Cálculo do consumo de energia elétrica diária em 20 Hertz refletida para 30
Hertz.
Em 20 Hertz ---------3019,32 voltas -------------3,9341 kWh/d
Em 30 Hertz----------4549,59 voltas-------------W30 Hertz kWh/d
W30 Hertz 
4549,59voltasx 3,9341kWh / d
 5,9349kWh / d
3019,32voltas
Cálculo do consumo de energia elétrica diária em 20 Hertz refletida para 40
Hertz.
Em 20 Hertz ---------3019,32 voltas -------------3,9341 kWh/d
Em 40 Hertz----------6086,42 voltas-------------W40 Hertz kWh/d
W40 Hertz
6086, 42voltasx 3,9341kWh / d
 7,9288kWh / d
3019,32 voltas
79
Tabela 12 - Estimativa do consumo diário da energia para 20, 30, 40, 50, 60 Hertz e
Partida Direta.
Wd 20Hz
Wd 30Hz
Wd 40Hz
Wd 50Hz
Wd 60Hz
Wd pd
3.019,32 ciclos
4.549,59 ciclos
6.086,42 ciclos
7.794,23 ciclos
9.099,18 ciclos
8.673,02 ciclos
3,9341 kWh/dia
5,9349 kWh/dia
7,9288 kWh/dia
10,1556 kWh/dia
11,8560 kWh/dia
11,3007 kWh/dia
Num segundo momento, exemplifica-se que o consumo de energia elétrica
corresponde a um mesmo valor fazendo a análise da demanda de potência ativa,
requerida pelo sistema para as diferentes frequências de acionamento com o período
da forma de onda de corrente que é injetada no motor pelo conversor. O cálculo
procede-se da seguinte forma: Multiplica-se o valor médio encontrado da demanda
de potência ativa, requerida pelo sistema na frequência escolhida, pelo tempo em
horas do período da forma de onda de corrente injetada no motor da frequência
correspondente. Os valores encontrados estão na Tabela 13.
Tabela 13 - Frequência, período, potência ativa e consumo em um ciclo.
Frequência
(Hertz)
Período
(milisegundos/horas)
Potência
Ativa
(kW)
Consumo
(kWh)
20
50
1,388x10-5
0,393
5,454x10-6
30
33,34
9,261x10-6
0,593
5,492x10-6
40
25
6,944x10-6
0,765
5,312x10-6
50
20
5,555x10-6
0,955
5,305x10-6
60
16,67
4,630x10-6
1,132
5,241x10-6
Partida
Direta
16,67
4,630x10-6
1,200
5,556x10-6
80
Portanto, apesar da diminuição de demanda de potência ativa requerida do
sistema, com a redução da frequência — quando se aciona uma mesma carga para
diferentes frequências e faz-se a correção do número de ciclos realizados por cada
acionamento — conclui-se que o trabalho realizado pelo sistema é o mesmo, ao
passo que, se existe uma diminuição da solicitação de potência ativa, existe um
aumento no período da forma de onda da corrente, ou seja, o consumo de energia
elétrica ativa é praticamente o mesmo como comprovado na Tabela 13.
3.3. ANÁLISE DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA
3.3.1 Tensão e Corrente do Sistema
Inicialmente, foi monitorado o perfil da tensão no barramento trifásico que
alimenta o elevador de canecas pelo sistema convencional de partida direta com uma
carga de 57,3 quilos, cuja forma de onda de tensão trifásica é mostrada na Figura 60.
Em seguida, serão detalhadas as formas de ondas das tensões em cada fase, com seus
respectivos espectros (Figuras 61 a 66).
Figura 60 - Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o
elevador de canecas acionado em partida direta.
81
Figura 61 - Tensão na fase A, no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado em
partida direta.
Figura 62 - Espectro harmônico da tensão na fase
A no barramento que alimenta o elevador de
canecas acionado em partida direta.
Figura 63 - Tensão na fase B, no barramento que
Figura 64 - Espectro harmônico da tensão na fase
B no barramento que alimenta o elevador de
canecas acionado em partida direta.
alimenta o elevador de canecas acionado em partida
direta.
Figura 65 - Tensão na fase C, no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado em
partida direta.
Figura 66 - Espectro harmônico da tensão na fase
C no barramento que alimenta o elevador de
canecas acionado em partida direta.
82
A Tabela 14 apresenta a ordem das harmônicas de tensão, bem como os
valores das distorções harmônicas, medidos em cada fase (DIT) e total (DTT).
Tabela 14 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões na partida direta – medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
5ª
A
7ª
9ª
11ª
3ª
5ª
7ª
B
9ª
15ª
17ª
21ª
3ª
5ª
C
7ª
9ª
13ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT (%)
1,29
2,16
0,88
3,19
0,77
0,59
1,09
1,49
1,37
1,22
4,05
0,81
1,08
0,59
0,92
2,35
0,63
3,00
0,67
0,60
Em seguida, foi monitorado o perfil da corrente no barramento trifásico que
alimenta o elevador de canecas pelo sistema convencional de partida direta com uma
carga de 57.3 quilos, apresentado na Figura 67, cuja forma de onda de cada fase
encontra-se ilustrada com respectivos espectros harmônico (Figuras 68 a 73).
Figura 67 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado em partida direta.
83
Figura 68 - Corrente na fase A no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado em
partida direta.
Figura 69 - Espectro harmônico da corrente na
fase A no barramento que alimenta o elevador de
canecas de partida direta
Figura 70 - Corrente na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado em
partida direta.
Figura 71 - Espectro harmônico da corrente na
fase B no barramento que alimenta o elevador de
canecas de partida direta.
Figura 72 - Corrente na fase C no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado em
partida direta.
Figura 73 - Espectro harmônico da corrente na
fase C no barramento que alimenta o elevador de
canecas de partida direta.
A Tabela 15 apresenta a ordem das harmônicas de corrente, bem como os
valores das distorções harmônicas, medido em cada fase (DII) e total (DTI).
84
Tabela 15 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes na partida direta - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
2,63
5,67
3,11
1,13
0,80
1,08
7,72
0,87
0,85
0,88
0,83
1,03
0,85
2,21
3,57
5,28
3,03
1,59
5,05
1,98
1,08
1,17
1,17
6,89
1,06
1,20
1,12
1,09
1,16
1,07
Observa-se que a forma de onda da tensão é senoidal na partida direta, já a
forma de onda da corrente é levemente distorcida, porém, aproxima da senoidal na
partida direta, porque o sistema de acionamento, chave eletromagnética é constituída
de componentes com características lineares.
Com objetivo de verificar a influência das harmônicas na configuração das
formas de onda, foi monitorado o perfil da tensão no barramento trifásico que
alimenta o elevador de canecas com conversor de frequência, nas frequências de 20 a
60 Hertz.
Inicialmente, na frequência de 20 Hertz (Figura 74), as formas de ondas da
tensão trifásica e em cada fase, com seus respectivos espectros harmônicos, nas
Figuras 75 a 80.
85
Figura 74- Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 20 Hertz
Figura 75 - Tensão na fase A no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por conversor
de frequência a 20 Hertz
Figura 76 - Espectro harmônico da tensão na fase A
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 20 Hertz.
Figura 77 - Tensão na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por conversor
de frequência a 20 Hertz.
Figura 78 - Espectro harmônico da tensão na
fase B no barramento que alimenta o elevador
de canecas acionado por conversor de
frequência a 20 Hertz.
86
Figura 79 - Tensão na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 20 Hertz.
Figura 80 - Espectro harmônico da tensão na fase C
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 20 Hertz.
A Tabela 16 apresenta a ordem das distorções harmônicas, as distorções
harmônicas individuais (DIT) e totais (DTT) das tensões para 20 Hertz, medidos em
cada fase.
Tabela 16 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 20 Hertz – medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
5ª
A
7ª
11ª
15ª
3ª
5ª
7ª
9ª
B
11ª
15ª
19ª
23ª
3ª
5ª
C
7ª
9ª
23ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT (%)
1,73
2,12
0,53
3,64
0,83
0,73
1,19
1,22
0,79
1,03
3,66
0,53
1,08
0,76
1,04
1,30
2,21
0,53
3,16
0,60
0,58
87
A Figura 81 apresenta o monitoramento da corrente trifásica no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 20 Hertz. As Figuras 82 a
87 mostram o sinal de onda de corrente em cada fase com seus respectivos espectros
harmônico.
Figura 81 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 20 Hertz.
Figura 82 - Corrente na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor de frequência
a 20 Hertz.
Figura 83 - Espectro harmônico da corrente na fase
A no barramento que alimenta o elevador de
canecas controlado por conversor de frequência a
20 Hertz.
88
Figura 84 - Corrente na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas controlado por
conversor de frequência a 20 Hertz.
Figura 86 - Corrente na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 20 Hertz.
Figura 85 - Espectro harmônico da corrente na
fase B no barramento que alimenta o elevador de
canecas controlado por conversor de frequência a
20 Hertz.
Figura 87 - Espectro harmônico da corrente na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 20 Hertz.
A Tabela 17 apresenta a ordem das harmônicas, as distorções harmônicas
individuais (DII) das correntes para 20 Hertz, bem como as distorções totais medidos
em cada fase (DTI).
89
Tabela 17 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 20 Hertz - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
95,37
89,73
82,91
70,90
60,20
48,60
193,89
36,33
27,31
16,93
9,00
5,70
1,72
93,23
97,29
95,63
84,85
84,73
81,44
258,74
66,68
66,03
62,13
44,49
42,54
36,36
60,68
93,26
82,87
42,22
65,25
50,07
172,97
15,66
31,74
21,64
3,02
8,30
11,75
Na Figura 88, apresenta-se o monitoramento da tensão trifásica no
acionamento do elevador de canecas com conversor de frequência em 30 Hertz. Nas
Figuras 89 a 94, apresenta-se o monitoramento da tensão em cada fase com seus
respectivos espectros harmônico.
90
Figura 88 – Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 89 - Tensão na fase A no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 90 - Espectro harmônico da tensão na fase A
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 30 Hertz
91
Figura 91 - Tensão na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 93 - Tensão na fase C no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 92 - Espectro harmônico da tensão na fase B
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 94 - Espectro harmônico da tensão na fase C
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 30 Hertz.
A Tabela 18 apresenta a ordem das distorções harmônicas, as distorções
individuais (DIT) e totais (DTT) das tensões para 30 Hertz.
92
Tabela 18 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 30 Hertz – medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
5ª
A
7ª
9ª
25ª
3ª
5ª
13ª
B
15ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
C
11ª
15ª
21ª
23ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT (%)
1,56
1,59
0,50
3,23
0,74
0,55
1,10
1,38
0,64
3,72
1,65
0,84
0,88
1,45
1,54
0,59
1,21
3,68
1,20
0,75
0,70
0,57
A Figura 95 apresenta o monitoramento das correntes nas três fases no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 30 Hertz.
Figura 95 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 30 Hertz.
93
As Figuras 96 a 101 demonstram as formas de onda da corrente em cada fase com
seus respectivos espectro harmônico no acionamento em 30 Hertz.
Figura 96 - Corrente na fase A no barramento que
alimenta o elevador de canecas controlado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 97 - Espectro harmônico da corrente na fase
A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 98 - Corrente na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas controlado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 99 - Espectro harmônico da corrente na fase
B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 100 - Corrente na fase C no barramento que
alimenta o elevador de canecas controlado por
conversor de frequência a 30 Hertz.
Figura 101 - Espectro harmônico da corrente na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 30 Hertz.
94
A Tabela 19 apresenta a ordem das harmônicas, as distorções harmônicas
individuais (DII) das correntes para 30 Hertz, bem como as distorções totais medidos
em cada fase (DTI).
Tabela 19 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 30 Hertz - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
78,66
90,67
82,18
54,38
58,95
48,96
178,49
20,79
23,79
17,39
4,94
7,52
1,46
52,23
96,65
91,69
41,89
79,62
69,38
202,23
24,62
55,61
41,85
10,15
30,84
16,65
46,09
94,54
82,77
31,76
68,22
52,61
169,97
10,86
33,54
24,32
6,45
5,03
10,92
95
A Figura 102 apresenta o monitoramento da tensão trifásica no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 40 Hertz, as Figuras 103 a
108 demonstram o sinal de tensão em cada fase com seus respectivos espectro
harmônico.
Figura 102- Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 103 - Tensão na fase A no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 104 - Espectro harmônico da tensão na fase A
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 40 Hertz.
96
Figura 105 - Tensão na fase B no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 106- Espectro harmônico da tensão na fase B
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 107 - Tensão na fase C no barramento que
alimenta o elevador de canecas acionado por
conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 108 - Espectro harmônico da tensão na fase C
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 40 Hertz.
A tabela 20 apresenta a ordem das distorções harmônicas, as distorções
individuais (DIT) e totais (DTT) das tensões para 40 Hertz.
97
Tabela 20 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 40 Hertz–
medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
A
5ª
19ª
3ª
5ª
B
7ª
9ª
25ª
3ª
5ª
9ª
C
17ª
19ª
21ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT(%)
1,29
1,40
2,73
0,52
1,36
2,58
0,65
4,09
1,31
0,60
1,09
1,29
0,83
2,63
0,53
0,51
0,54
Na Figura 109, apresenta-se o monitoramento da corrente no acionamento do
elevador de canecas com conversor de frequência em 40 Hertz.
Figura 109 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz.
As Figuras 110 a 115 demonstram o sinal de corrente em cada fase com seus
respectivos espectro harmônico com acionamento em 40 Hertz.
98
Figura 110 - Corrente na fase A no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 111 - Espectro harmônico da corrente na fase
A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 112 - Corrente na fase B no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 113 - Espectro harmônico da corrente na fase
B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 114 - Corrente na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 40 Hertz.
Figura 115 - Espectro harmônico da corrente na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 40 Hertz.
A Tabela 21 apresenta a ordem das harmônicas, as distorções harmônicas
individuais (DII) das correntes para 40 Hertz, bem como as distorções totais medidos
em cada fase (DTI).
99
Tabela 21 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 40 Hertz - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
66,96
87,97
83,00
44,40
53,18
47,18
164,75
14,32
18,93
13,28
6,62
9,53
2,92
46,55
97,23
84,57
38,10
75,96
57,11
183,23
22,34
44,43
28,97
4,31
14,45
14,87
33,10
90,34
81,75
19,27
59,35
46,00
151,53
2,52
24,37
12,98
6,80
1,60
7,08
A Figura 116 apresenta o monitoramento da tensão trifásica no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 50 Hertz.
100
Figura 116 – Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de
canecas acionado por conversor de frequência a 50 Hertz.
Nas Figuras 117 a 122, apresenta-se o monitoramento da tensão no
acionamento do elevador de canecas com conversor de frequência em 50 Hertz, em
cada fase com seu respectivo espectro harmônico.
Figura 117 - Tensão na fase A no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 118 - Espectro harmônico da tensão na fase A
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 50 Hertz.
101
Figura 119 - Tensão na fase B no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 120 - Espectro harmônico da tensão na fase B
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 121 - Tensão na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 122 - Espectro harmônico da tensão na fase C
no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 50 Hertz.
A Tabela 22 apresenta a ordem das distorções harmônicas, as distorções das
harmônicas individuais (DIT) e totais (DTT) das tensões para 50 Hertz.
102
Tabela 22- Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 50 Hertz– medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
5ª
A
9ª
13ª
21ª
3ª
5ª
7ª
B
9ª
13ª
15ª
19ª
3ª
5ª
C
7ª
11ª
15ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT (%)
1,31
1,27
0,58
3,33
0,95
0,51
1,66
1,35
0,59
1,09
3,63
0,65
0,86
0,71
1,93
1,37
0,85
3,42
0,80
0,67
Na Figura 123, apresenta-se o monitoramento da corrente no acionamento do
elevador de canecas com conversor de frequência em 50 Hertz.
Figura 123 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz.
Nas Figuras 124 a 129, apresenta-se o monitoramento da corrente no
acionamento do elevador de canecas com conversor de frequência em 50 Hertz, em
cada fase com seus respectivos espectro harmônico.
103
Figura 124 - Corrente na fase A no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 125 - Espectro harmônico da corrente na fase
A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 126 - Corrente na fase B no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 127 - Espectro harmônico da corrente na fase
B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 128 - Corrente na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 50 Hertz.
Figura 129 - Espectro harmônico da corrente na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 50 Hertz.
A Tabela 23 apresenta a ordem das harmônicas, as distorções harmônicas
individuais (DII) das correntes para 50 Hertz, bem como as distorções totais medidos
em cada fase (DTI).
104
Tabela 23 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 50 Hertz - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
32,62
90,17
84,86
21,42
61,32
51,94
158,08
6,79
28,75
17,86
4,49
11,03
5,72
27,96
92,06
83,77
16,36
63,99
51,26
157,70
2,63
29,85
19,51
4,69
6,19
8,25
9,13
90,22
81,38
4,74
57,38
45,79
145,13
1,84
20,49
13,33
3,93
2,98
7,89
A Figura 130 apresenta o monitoramento da tensão trifásica no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 60 Hertz.
105
Figura 130 - Tensões nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 60 Hertz
As Figuras 131 a 136 apresentam o monitoramento da tensão no acionamento
do elevador de canecas com conversor de frequência em 60 Hertz em cada fase com
seus respectivos espectro harmônico.
Figura 131 - Tensão na fase A no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 133 - Tensão na fase B no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 132 - Espectro harmônico da tensão na fase
A no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 134 - Espectro harmônico da tensão na fase
B no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 60 Hertz.
106
Figura 135 - Tensão na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas acionado
por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 136 - Espectro harmônico da tensão na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
acionado por conversor de frequência a 60 Hertz.
A Tabela 24 apresenta a ordem das distorções harmônicas, as distorções das
harmônicas individuais (DIT) e totais (DTT) das tensões para 60 Hertz.
Tabela 24 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Tensões a 60 Hertz– medição
Ordem das Harmônicas
(Tensões)
3ª
5ª
7ª
A
9ª
13ª
21ª
3ª
5ª
7ª
9ª
B
13ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
C
5ª
11ª
Distorções Harmônicas
DIT (%)
DTT (%)
0,93
0,81
0,63
2,18
0,59
0,68
0,55
0,82
1,43
1,27
1,03
0,54
3,44
0,68
0,69
0,79
0,53
0,93
1,20
2,20
0,54
Na Figura 137, apresenta-se o monitoramento da corrente trifásica no
acionamento do elevador de canecas com conversor de frequência em 60 Hertz.
107
Figura 137 - Correntes nas fases A, B e C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz.
Nas Figuras 138 a 143, apresenta-se o monitoramento da corrente no
acionamento do elevador de canecas com conversor de frequência em 60 Hertz em
cada fase com seus respectivos espectro harmônico.
Figura 138 - Corrente na fase A no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 139 - Espectro harmônico da corrente na fase
A no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 140 - Espectro harmônico da corrente
na fase A no barramento que alimenta o
elevador de canecas controlado por conversor
de frequência a 60 Hertz.
Figura 141 - Espectro harmônico da corrente na fase
B no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz.
108
Figura 142 - Corrente na fase C no barramento
que alimenta o elevador de canecas controlado
por conversor de frequência a 60 Hertz.
Figura 143 - Espectro harmônico da corrente na fase
C no barramento que alimenta o elevador de canecas
controlado por conversor de frequência a 60 Hertz.
A Tabela 25 apresenta a ordem das harmônicas, as distorções harmônicas
individuais (DII) das correntes para 60 Hertz, bem como as distorções totais medidos
em cada fase (DTI).
Tabela 25 - Distorções Harmônicas Individuais e Totais das Correntes a 60 Hertz - medição
Ordem das Harmônicas (Corrente)
A
B
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
Distorções Harmônicas
DII (%)
DTI (%)
42,29
88,67
82,96
25,92
55,97
47,00
153,07
4,68
21,45
12,08
7,65
7,49
6,03
36,20
92,06
95,19
25,61
68,04
48,61
162,62
11,47
32,75
19,52
0,79
4,22
5,54
109
C
3ª
5ª
7ª
9ª
11ª
13ª
15ª
17ª
19ª
21ª
23ª
25ª
10,06
87,49
83,38
6,30
55,49
46,43
3,79
21,72
10,96
7,26
0,97
10,37
144,74
No acionamento com conversor de frequência, com frequências de 20 a 60
Hertz, as formas de onda da tensão e da corrente na entrada do sistema sofrem
distorções, conforme ilustrado anteriormente para cada fase com seus respectivos
espectros harmônicos. Ficou demonstrado que a forma de onda das tensões sofre
pequenas deformações pela estabilidade do sistema de alimentação e o motor por ser
uma carga indutiva, já a corrente sofre distorção nas formas de onda, isto porque o
conversor é um equipamento eletrônico com característica não-linear, cuja corrente
possui harmônicas que são componentes múltiplas da frequência fundamental da rede,
como ilustrado para cada frequência de 20 a 60 Hertz.
Analisando de uma forma geral, o conversor de frequência, considera-se que o
retificador produz harmônicas características de ordem h = np ± 1 no lado da CA, ou
seja, na rede (p é o número de pulsos do conversor e n = 1,2,3). Assim, no caso da ponte
retificadora com seis diodos (seis pulsos), as principais harmônicas geradas são de 5ª e 7ª
ordem, cuja amplitude pode variar de 10% a 40% da fundamental, dependendo da
impedância da rede. Já para 12 pulsos (doze diodos), as harmônicas mais expressivas são
a de 11ª e a 13ª. As harmônicas superiores, geralmente possuem menor amplitude e são
mais fáceis de filtrar. A maioria dos conversores de frequência de baixa tensão é de seis
pulsos.
Ressalta-se que os conversores de frequência de 6 pulsos, que foi utilizado
nesta pesquisa, apresentam um elevado conteúdo de harmônicos de corrente de
ordem 5ª e 7ª, conforme demonstrado nos espectros harmônicos. Esse conteúdo de
harmônicos pode ser reduzido com o uso de transformadores para as conexões em
maior número de pulsos, como por exemplo, num conversor de 12 pulsos com um
110
transformador de duplo secundário em conexão delta-estrela os harmônicos de 5ª e 7ª
ordem são praticamente eliminados. Também pode-se mencionar o conversor de 24
pulsos, obtido pela conexão de dois transformadores de entrada que irá gerar apenas
harmônicos de corrente de ordem 23ª ou superior.
Nas medições, observou-se a presença das denominadas harmônicas triplas, ou
seja, aquelas múltiplas da terceira harmônica (h = 3, 9, 15, 21) tanto no acionamento
com partida direta como no conversor de frequência. Estas frequências manifestam-se na
forma de sequência zero exigindo para sua manifestação, a existência de conexões em
estrela aterrado tanto no suprimento quanto na carga. Quando isso ocorre, surge um
expressivo carregamento para os neutros dos sistemas trifásicos. As componentes de
sequência zero, como observado, podem ser ainda incrementadas quando do
funcionamento de instalações trifásicas em que a rede e a carga apresentam-se
desequilibrada.
Os dois fatores causadores do aparecimento da terceira harmônica estão
presentes no sistema, pois a carga está ligada em estrela aterrado e as fases estão
desequilibradas, conforme registro nas tabelas individuais e totais de corrente tanto no
acionamento com partida direta quanto no acionamento com conversor de frequência.
3.3.2 Análise dos Resultados
3.3.2.1 Acionamento com Partida Direta
Com o objetivo de observar o comportamento da tensão e da corrente no
tempo, foi plotado no programa MATLAB versão 6.1 o gráfico da tensão e da
corrente trifásica, conforme Figuras 60 e 67. Observou-se que o sinal de tensão se
mantém senoidal, o que não acontece com a corrente.
Para uma análise mais detalhada do sinal da tensão e da corrente, foi plotado
o gráfico por fase com seus respectivos espectros harmônicos, de acordo com os
valores das distorções harmônicas individuais e totais. A Tabela 14 ilustra os valores
das distorções harmônicas individuais e da distorção total das tensões, medidos no
barramento, que alimenta o elevador de canecas acionado com partida direta. A
distorção individual de tensão variou de 0,59 a 2,16% na fase A, na fase B de 0,59 a
1,49% e na fase C de 0,60 a 2,35%. A distorção total de tensão foi de 3 a 4%. Os
valores encontrados para as distorções harmônicas individuais e totais de tensão
111
mostram-se em conformidade com os valores de referência existentes na Resolução
345/2008 da ANEEL registrado nas Tabelas 2 e 3.
Quanto ao sinal de corrente, esta sofre pequenas distorções. Estas não são
causadas pelo acionamento por partida direta, pois o equipamento utilizado, chave
eletromagnética, tem característica linear. Tecnicamente, pode-se afirmar que essa
leve distorção no sinal de corrente são causadas por cargas não-lineares que estão na
mesma rede, que alimenta o Laboratório de Eficiência Energética, onde está sendo
realizado o estudo. Essas cargas são lâmpadas de descargas com reator eletrônico,
computadores, nobreacks, estabilizadores, impressoras, etc.
As cargas não-lineares possuírem em seu circuito eletrônico; transistores,
diodos, tiristores ou simplesmente semicondutores, esses dispositivos alternam entre
os estados de corte e condução rapidamente, provocando cortes abruptos na
condução de corrente ou provocam uma drenagem de energia não compatível com o
ciclo linear da energia absorvida, o resultado é uma onda distorcida, carregada de
componentes harmônicos.
O registro dessas pequenas distorções está bem demonstrado no gráfico por
fase da corrente com seus respectivos espectros harmônicos nas Figuras 68 a 73 e no
registro da Tabela 15 de distorções individuais e totais da corrente na partida direta.
3.3.2.2 Acionamento com conversor de frequência
O sistema foi acionado com conversor de frequência, nas frequências de 20 a
60 Hertz, variando de 10 em 10 Hertz. Assim, observa-se que o sinal de tensão na
entrada do conversor mantém as características próxima do sinal senoidal, conforme
Figuras 74, 88, 102, 116 e 130 no gráfico da tensão trifásica em função do tempo.
Quanto à corrente na entrada do conversor, ficou demonstrada a descaracterização do
sinal senoidal, ou seja, houve um verdadeiro estrangulamento no sinal da corrente,
conforme mostram as Figuras 81, 95, 109, 123 e 137, isto porque o acionamento foi
realizado via conversor de frequência que é um equipamento com características não
lineares e causa a distorção no sinal de corrente. Isso ficou bem demonstrado nos
gráficos plotados por fase com seus respectivos espectros harmônicos, em que
aparecem harmônicos de todas as ordens da 3ª a 25ª.
112
As Tabelas 15, 17, 19, 21, 23 e 25 registram os valores das distorções
harmônicas individuais e totais das correntes nas frequências de 20, 30, 40, 50 e 60
Hertz respectivamente.
As distorções harmônicas totais da corrente na fase A é 193%, na fase B
258% e na fase C 172%. Isso foi constatado na menor frequência utilizada para
acionar o elevador de canecas em 20 Hertz, conforme registrado na Tabela 78; e à
medida que foi aumentando a frequência, as distorções harmônicas totais
diminuíram.
Para as fases A e C na frequência de 20 Hertz, as harmônicas individuais
mais representativas foram de 3ª a 13ª ordem, na fase B, foi de 3ª a 19ª ordem. Esses
valores estão registrados na Tabela 17. Análises semelhantes podem ser feitas para as
demais frequências, porém limitou-se a destacar a frequência de 20 Hertz, em que foi
observada a situação mais crítica, e, na análise, foram consideradas as ordens das
harmônicas individuais com distorção acima de 50% da fundamental.
Quanto à distorção total da corrente observa-se que, para todas as
frequências, os valores são significativos e passaram de 140% da frequência
fundamental — na fase A, foi de 193% em 20 Hertz e 153% em 60 Hertz; na fase B,
258% em 20 Hertz e 162% em 60 Hertz; na fase C, 172% em 20 Hertz e 144% em
60 Hertz. Isso demonstra que existem consequências no sinal de corrente quando se
utiliza o equipamento eletrônico para acionamento do sistema motriz.
3.4. IMPACTOS PROVOCADOS NA P OTÊNCIA ATIVA, P OTÊNCIA
REATIVA, P OTÊNCIA A PARENTE E NO FATOR DE POTÊNCIA PELO
ACIONAMENTO
FREQUÊNCIA.
CONVENCIONAL
VERSUS
CONVERSOR
DE
O gráfico da Figura 144 demonstra o comportamento da absorção da potência ativa do
sistema no acionamento do elevador de canecas através de partida direta e com conversor de
frequência, ficou demonstrado que num sistema que permite acionamento com várias
frequências pode-se ter uma solicitação de demanda de potência ativa menor com baixa
frequência tornando-se significativas na indústria que possui motores de grande porte com
possibilidade de acionamento em tempo maior.
113
A potência mecânica no eixo do motor é dado por P = T. como  = 2..f logo P =
T. 2..f reduzindo-se a freqüência diminui a velocidade, que conseqüentemente
reduz absorção de potência ativa do sistema, se aumentar a freqüência aumenta a
potência ativa por mesma razão.
No sistema industrial tem-se quantidade significativa de motores de grande
porte, na avaliação do conjunto pode-se ter uma economia de demanda bastante
significativa no acionamento com conversor de frequência que permite acionamento
com frequência variável, o gráfico ilustrado na Figura 144 demonstra que a absorção
de potencia ativa do sistema é diretamente proporcional ao aumento da frequência.
Figura 144 - Potência ativa absorvida no barramento do sistema que alimenta o elevador de
canecas em partida direta e com conversor de frequência.
Buscando demonstrar o comportamento do sistema acionado por partida direta e
com conversor de frequência quanto à potência reativa, foi plotado a Figura 145, que
ilustra a potência reativa requerida pela carga, para os dois acionamentos. Nota-se que a
demanda por reativos sofre um aumento significativo quando acionado por conversor de
frequência. Esta situação proporciona um aumento das perdas no sistema e alteração das
características do fator de potência, enquanto, na partida direta, o consumo de reativos é
bem menor comparado ao acionamento com conversor a partir de 30 Hertz, isso porque
a chave eletromagnética usada na partida direta é um equipamento constituído por
componente linear.
114
Figura 145- Potência reativa absorvida no barramento do sistema que alimenta o elevador de
canecas em partida direta e com conversor de frequência.
Analisando a potência aparente requerida pela carga para os dois tipos de
acionamentos, fica evidente o acréscimo ocorrido na potência aparente solicitada do
sistema quando acionado pelo conversor de frequência. Este aumento é proporcionado
pelas múltiplas frequências presentes nas correntes introduzidas pelo conversor que
possui características não-lineares, em comparação com partida direta.
A Figura 146 ilustra o comportamento das potências aparentes no elevador de
canecas acionado por partida direta e por conversor de frequência nas frequências de 20
a 60 Hertz.
Figura 146- Potência aparente solicitada no barramento do sistema que alimenta o elevador de canecas
em partida direta e com conversor de frequência, nas frequências de 20 a 60 Hertz.
115
Por último, a Figura 147 mostra o desempenho do fator de potência do sistema
de elevador de canecas acionado por conversor de frequência a 60 Hertz, considerando
apenas a frequência fundamental e também com as frequências múltiplas introduzidas
pelo conversor. Vale registrar que o fator de potência considerando-se apenas a
frequencia fundamental é denominado de fator de deslocamento (FD), calculado como
mostra a equação 52, a equação 53 permite evidenciar a diferença introduzida no fator de
potência (FP), quando são considerados os componentes harmônicos presentes em um
sistema elétrico com características não-lineares.
.
Figura 147 - Fator de Potência da carga conectada no barramento do sistema que alimenta o
elevador de canecas acionada por conversor de frequência.
A desconsideração das distorções harmônicas nas medições, provocadas pelo
acionamento eletrônico através de conversor de frequência, pode levar a erros no projeto
de correção do fator de potência de um determinado sistema. Em outras palavras, se
considerada apenas a frequência fundamental, o dimensionamento do banco de
capacitores será insuficiente para atingir os objetivos da correção.
116
4
CONCLUSÕES
As considerações iniciais concentraram-se nas justificativas do tema,
ressaltando a importância da aplicação de técnicas que otimizam o consumo de
energia elétrica por ser a principal preocupação do setor comercial ou industrial,
pautado na lei de eficiência energética que dispõe sobre a política nacional de
conservação e uso racional de energia elétrica.
O capítulo 2 foi dedicado à revisão bibliográfica da qualidade da energia
elétrica, destacando as harmônicas causadas por comandos microprocessados, neste
caso, o conversor de frequência; os valores de referência para as distorções
harmônicas totais de tensão regulamentadas pela ANEEL através da resolução
345/2008; classificação das harmônicas quanto sua ordem, frequência e sequência de
fase com ilustração do círculo trigonométrico com seus respectivos desenvolvimento
matemático das tensões; a eficiência energética com uma visão do consumo de
energia elétrica no Brasil, destacando a parcela de consumo na indústria mais
especificamente no sistema motriz; máquinas de indução, destacando motor de
indução polifásico convencional e sua aplicação no transporte de cargas em elevação,
neste caso, específico elevador de canecas.
No capítulo 3, deu-se um destaque dentro da revisão bibliográfica do estudo
mais detalhado sobre o funcionamento e a aplicação do conversor de frequência; as
partes que o compõem; o princípio de funcionamento do conversor de frequência no
acionamento do elevador de canecas. Além disso, o estudo do comportamento no
sistema, por ser um equipamento com características não lineares. Com esta revisão,
pode-se observar o grande avanço na tecnologia dos conversores de frequência e sua
aplicação no controle dos motores de indução. Isso proporcionou a utilização desses
conhecimentos na aplicação da pesquisa em instalação de conversor de frequência
para acionamento de elevadores de canecas, analisando a eficiência energética
quanto ao consumo de energia elétrica e seus efeitos quanto à sua qualidade.
117
O capítulo 4 — Materiais e Métodos — foi dedicado à apresentação do
Laboratório de Eficiência Energética da UFMT, metodologias empregadas para
aquisição dos dados, descrição dos equipamentos e especificação dos materiais
utilizados. A primeira observação foi que o tempo para o elevador de canecas
completar um ciclo é menor quando acionado com conversor de frequência em 60
Hertz, em relação à partida direta. Essa diferença de tempo pode ser devido ao tipo
de modulação da tensão que foi injetada no motor, o qual possui a frequência de 10
kHz, conforme o projeto de construção do conversor. Um outro fator a ser
considerado é que a medição do tempo foi feita com cronômetro analógico,
possibilitando que haja erro de leitura.
No consumo diário, observou-se que à medida que aumenta a frequência os
valores do consumo também sofrem um acréscimo. Isso requer uma análise tendo em
vista que a carga é constante. Primeiramente, fez-se análise do número de ciclos para
os diferentes acionamentos, comparou-se o consumo de energia elétrica absorvida na
frequência escolhida com seus respectivos ciclos pelo número de ciclos da frequência
que se deseja comparar. O cálculo efetuado demonstra a comparação da energia
absorvida com o sistema operando em 20 Hertz em relação à energia absorvida
quando o sistema opera em 30 Hertz. O cálculo comprovou que a energia absorvida
em 20 Hertz foi corrigida ao período de 30 Hertz. Qualquer outra comparação em
diferentes frequências pode ser realizada obtendo resultados idênticos.
Num segundo momento, verifica-se que o consumo de energia elétrica
corresponde a um mesmo valor fazendo a análise da demanda de potência ativa,
requerida pelo sistema para as diferentes frequências de acionamento com o período
da forma de onda de corrente que é injetada no motor pelo conversor.
No que diz respeito à qualidade de energia, no acionamento com partida
direta, as distorções harmônicas individuais e totais de tensão mostram-se em
conformidade com os valores de referência existente na Resolução 345/2008 da
ANEEL. Em relação à corrente, observou-se leve distorção devido às cargas nãolineares que estão na mesma rede que alimenta o sistema.
No acionamento com conversor de frequência, observou-se que, na entrada
do conversor, o sinal de tensão mantém as características do sinal senoidal. Quanto à
corrente, ficou demonstrada a descaracterização do sinal senoidal, isto porque o
118
conversor de frequência é um equipamento com característica não linear e causa à
distorção no sinal de corrente, como bem demonstrado nos gráficos plotados por fase
com seu respectivo espectro harmônico, que registram os harmônicos de todas as
ordens da 3ª a 25ª.
Analisando a solicitação de potência do sistema, observa-se que houve um
acréscimo de solicitação na potência aparente, quando acionado pelo conversor de
frequência. Esse aumento é proporcionado pelas múltiplas frequências presente nas
correntes introduzidas pelo conversor em comparação com partida direta e por
consequência aumenta a demanda por reativos.
Quanto à solicitação de potência ativa do sistema no acionamento do elevador
de canecas, através de partida direta e com conversor de frequência, ficou
demonstrado que num sistema que permite acionamento com várias frequências,
pode-se ter uma solicitação de demanda de potência ativa menor com baixa
frequência, tornando-se significativas na indústria que possui motores de grande
porte com possibilidade de acionamento em tempo maior.
Finalmente, de forma a sintetizar as principais contribuições atingidas pelo
trabalho de pesquisa aqui considerado, pode-se destacar:

A pesquisa trouxe à reflexão da comunidade da engenharia elétrica a
aplicação do conversor de frequência no acionamento de motores de indução
com objetivo de economizar energia elétrica. Nesta pesquisa, ficou
comprovado que no acionamento de uma carga constante não há redução no
consumo, e, portanto, de redução do valor da fatura.

O conversor de frequência permite o controle da velocidade do motor, o que
possibilita a empresa adequar o sistema motriz de acordo com a demanda de
produção. Nos horários de pico pode-se ajustar à velocidade nominal e no
horário de menor produção poder ser ajustado a uma velocidade menor que
satisfaça essa condição, tendo com isso uma economia de demanda.

A qualidade de energia elétrica sofre interferência com a geração de
harmônicas no sistema quando se usa conversor de frequência para
acionamento de motor de indução e dependendo da magnitude traz
consequências na vida útil do motor e do sistema como um todo.
119

A desconsideração das distorções harmônicas nas medições dos sistemas com
acionamento eletrônico, através de conversor de frequência pode levar a erros
nos projetos de correção do fator de potência.
Desta forma, o conhecimento de perturbações presentes nos sistemas elétricos
requer medidas corretivas, a fim de mitigar o problema, através por exemplo da
utilização de filtros harmônicos, garantindo, dessa maneira, projetos seguros, evitando
situações de risco para usuários e equipamentos.
É importante que equipamentos de características não lineares, geradores de
alto conteúdo harmônico, como o estágio de entrada dos conversores de frequência,
sigam normas e recomendações que estabeleçam limites aceitáveis de distorção
harmônica, sem que estes causem danos ao sistema.
120
5
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Acionamento de uma carga variável, Bombeamento de Água, utilizando
motor de indução convencional como, por exemplo, com Partida Direta e
com Conversor de Frequência. Nesta análise fazer a comparação quanto à
Demanda, ao Consumo de Energia Elétrica à Qualidade da Energia Elétrica.

Acionamento de um elevador de canecas com motor de indução de alto
rendimento em Partida Direta e com Conversor de Frequência. Fazer a
comparação quanto à Demanda, ao Consumo de Energia Elétrica e Qualidade
da Energia.

Acionamento do motor de indução com conversor de frequência nas
frequências de 60 a 100 Hertz e analisar o consumo e eficiência elétrica do
sistema.
121
6
REFERÊNCIAS
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eletrônico. Rio de Janeiro: Eletrobrás/Procel 2002.
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regulamentação específica que define os níveis mínimos de eficiência energética de
motores elétricos trifásicos de indução rotor gaiolos de esquilo, de fabricação
nacional ou importada, para comercialização ou uso no Brasil.
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que alimenta os equipamentos de auxílio a navegação aérea por instrumentos do
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Douglas L. R.; GOMES, T. R. de C. de M . Eficiência Energética em uma Indústria
de Calcário. In: CBEE - Congresso Brasileiro de Eficiência Energética, Belém - PA,
2009.
WEG - Guia Técnico - Motores de indução alimentados por inversores de frequência
PWM. Disponível em: <https:www.weg.net./> Acesso em: jul. 2010.
WEG – Módulo 01 Comando e Proteção. Disponível em: <https: www.weg.net./>
Acesso em: jul. 2010.
WEG – Módulo 02 Variação de Velocidade. Disponível em: <https: www.weg.net./>
Acesso em: jul. 2010.
125
ARTIGOS ORIGINADOS DESTA DISSERTAÇÃO APRESENTADO EM
EVENTO NACIONAL
1.1 Título: Eficiência Energética e Qualidade da Energia em um Sistema de
Acionamento de Elevadores Residenciais
Autores: Luiz de Annunciação, Arnulfo Barroso de Vasconcellos, Luciana Girardi
Omar, Thiago Vieira da Silva, Orlando A. da Silva.
Evento: III Congresso Brasileiro de Eficiência Energética - III CBEE
Local e data: Belém – PA - setembro de 2009.
1.2 Título: Eficiência Energética e Qualidade de Energia em um Sistema de
Acionamento de Máquinas Motrizes
Autores: Luiz de Annunciação, Arnulfo Barroso de Vasconcellos, Mário Kiyoshi
Kawaphara, Andre Luiz Amorim da Fonseca, Luciana Oliveira da Silva, Thiago
Vieira da Silva
Evento: 9ª IEEE/ IAS International Conference on Industry Applications
IX Induscon 2010.
Local e data: São Paulo – SP - novembro de 2010.
1.3 Título: Eficiência Energética em um Sistema de Acionamento de Motores de
Indução
Autores: Luiz de Annunciação, Arnulfo Barroso de Vasconcellos, Mário Kiyoshi
Kawaphara, Roberto Apolônio, Thiago Vieira da Silva, Bernardo Dias São José.
Evento: VII Congresso Brasileiro de Planejamento Energético- VII CBPE
Local e data: São Paulo – SP - setembro de 2010.
126
ARTIGO ORIGINADO DESTA DISSERTAÇÃO APRESENTADO EM
EVENTO INTERNACIONAL.
Título: Efficiency and Power Quality in Drive System Driving Machine
Autores: Luiz de Annunciação, Arnulfo Barroso de Vasconcellos, Teresa Irene
Ribeiro de Carvalho Malheiro, Roberto Apolônio, Regiane Silva de Barros, Thiago
Vieira da Silva.
Evento: 14 th International Conference on HARMONICS AND QUALITY OF
POWER. - ICHQP 2010.
Local e data: Bérgamo – Italy - setembro de 2010.