MAQ_II - Aula 06 - Energização de Motor de indução com freio de Foucault

 Dinamômetro de Correntes de Foucault

Figura 01 - Campos indutores e induzidos
no disco metálico.

As correntes elétricas que se originam dentro de uma massa metálica condutora inserida dentro de um campo magnético variável recebe o nome de correntes de Foucault.

As correntes elétricas de Foucault formam linhas de fluxo nas massas metálicas através de um campo magnético fixo, onde a variação do elemento induzido é obtida pelo movimento mecânico do eixo de movimentação a ser freado.

Esta propriedade eletromagnética deu origem ao Dinamômetro de Correntes de Foucault.

O disco metálico é freado assim que uma corrente começa a circular nos imãs, criando um campo magnético que atravessa o disco, onde o campo magnético se opõe a variação do fluxo que os produziu e tende a se opor ao deslocamento do disco.

As forças eletromagnéticas que agem sobre o disco são proporcionais à velocidade de rotação e dirigidas no sentido inverso desta velocidade. Pode- se, desta forma, frear o disco em rotação sem aplicar atrito mecânico sobre ele, causando aquecimento.

Construção do dinamômetro de Correntes de Foucault

Figura 02 - Conjunto Freio
de Foucault e Motor de indução.

O conjunto Motor do Freio de Foucault é montado em balanço e abriga um rotor e o eixo é fixados nas duas extremidades por mancais, no interior do alojamento do freio está a localizado as bobinas indutoras de excitação, o disco induzido do freio é feito de alumínio.

A bobina de excitação cria um campo magnético onde as linhas de força se fecham em torno do enrolamento perpendicular à direção desta corrente, o campo é estacionário na região dos do disco: ele gira ao mesmo tempo em que o motor que está preso ao seu eixo, ocorre a indução de corrente no disco do freio que gera campo eletromagnético oposto ao campo indutor das bobina que freia o disco reduzindo a velocidade do motor.

Partida de motor de indução trifásico com inversor de frequência e freio eletromagnético de Foucault 

O sistema de partida de motor de indução trifásico com inversor de frequência é equipado com freio eletromagnético de Foucault acoplado ao eixo com controle eletrônico e medidor digital para simular carga e multimedidor de grandezas elétricas das tensões e corrente do motor. 

Figura 03 - Componentes do conjunto Freio
de Foucault e Motor de indução.

Freios de Foucault, ou Freio Eletromagnético, têm como seu principal objetivo de funcionamento a criação de correntes parasitas de Foucault, essas correntes são criadas através de bobinas eletromagnéticas de um disco metálico girante criando-se um campo magnético constante, provocando a indução das correntes parasitas de Foucault. Por não se tratar de freio mecânico envolvendo atrito entre componentes, com consequente desgaste dos mesmos, os freios dinâmicos possuem vida útil prolongada e praticamente dispensam manutenção.

Os motores mais adequados para a aplicação em máquinas, são os trifásicos, por suportarem um regime de serviço com maior número de manobras. Os motores monofásicos não se adequam a aplicação pois não suportam um alto número de manobras. 

Entretanto, o caso é que existe um grande potencial para aplicação deste tipo de máquinas trifásicas onde não se encontram redes trifásicas. Para resolver isto pode ser utilizado inversores de frequência econômicos da linha CFW10 com entrada monofásica e saída trifásica. Só isto já viabiliza o uso dos inversores mesmo sem a necessidade de variar a velocidade. Porém o uso dos inversores proporciona mais benefícios ainda para a aplicação nas máquinas industriais, como:

• Possibilidade de encontrar a velocidade ideal para a aplicação, uma vez ajustada é fixada;
• Possibilidade do uso de saída digital para em caso de sobrecarga, acionar a proteção e desligar automaticamente a máquina evitando a quebra dos dispositivos mecânicos;
• Aumento da vida útil da partes mecânicas da máquina, pelo uso de rampas de aceleração e desaceleração;
• As saídas digitais do tipo relé que é programado para comutação quando ocorre algum erro (sobrecarga, subtensão, etc), comandando o desligamento automático da máquina.

Um inversor de frequência nada mais é do que um equipamento eletrônico capaz de variar a velocidade de giro de motores elétricos trifásicos. O nome “inversor de frequência” é dado pela sua forma de atuação, mas para entendermos melhor isso, precisamos saber como funciona um motor trifásico.

Figura 04 - Diagrama em blocos do Inversor de Frequência

O funcionamento de um motor elétrico de indução trifásico, embora altamente eficiente, é muito simples. Ele apenas “imita” a frequência da rede onde está ligado. A frequência da rede de corrente alternada é a quantidade de vezes que ela alterna por segundo e é através da unidade Hertz (Hz), ou seja, uma rede de 60Hz alterna 60 vezes em um segundo. Essa tensão oscilante passa pelas bobinas do motor e forma um campo giratório e o motor tende a segui-lo, então, quanto mais alta for a frequência, mais rápido será esse campo e mais rápido o motor tenderá a girar.

O inversor de frequência tem como principal função alterar a frequência da rede que alimenta o motor, fazendo com que o motor siga frequências diferentes das fornecidas pela rede, que é sempre constante. Desta forma podemos facilmente alterar a velocidade de rotação do motor de modo muito eficiente.

O uso de inversores de frequência é responsável por uma série de vantagens, dependendo dos modelos oferecidos pelos fabricantes, são unidas a capacidade de variar a velocidade com controles especiais já implantados no equipamento. Esses controles proporcionam além da total flexibilidade de controle de velocidade sem grande perda de torque do motor, aceleração suave através de programação, frenagem direta no motor sem a necessidade de freios mecânicos além de diversas formas de controles preferenciais e controles externos que podem ser até por meio de redes de comunicação. Tudo isso com excelente precisão de movimentos.

Além destas vantagens, os inversores ainda possuem excelente custo-benefício, pois proporcionam economia de energia elétrica, maior durabilidade de engrenagens, polias e outras transmissões mecânicas por acelerar suavemente a velocidade. 

A possibilidade de eliminar reduções mecânicas do projeto também é possível, assim mais economia será possível.

Parametrização do Inversor de frequência

Figura 05 - Interface do Inversor de Frequência

Um parâmetro do inversor de frequência é um valor de leitura ou escrita, através do qual o usuário pode ler ou programar valores que mostrem, sintonizem ou adequem o comportamento do inversor e motor em uma determinada aplicação. Exemplos de leitura e programável. Parâmetro de Leitura: Corrente consumida pelo motor;  Parâmetro Programável: Velocidade de giro do motor, quando comandado pelo teclado (referência de velocidade, valor de frequência) .

• Compacto e baixa inércia para potências baixas e médias;
• Bom controle e velocidade de resposta, permitindo ciclos transientes;
• Boa relação custo/benefício para potências baixas e médias;
• Preço mais elevado que os hidráulicos.

Figura 06 - Diagrama elétrico do conjunto Motor de
indução trifásico - Inversor de Frequência e freio de Foucault.

Quase todos os inversores disponíveis no mercado possuem parâmetros programáveis similares. Estes parâmetros são acessíveis através de uma interface composta por um mostrador digital (“display”) e um teclado, chamado de Interface Homem-Máquina (IHM), ver figura 1.

Para esta aplicação iremos parametrizar:

1. P000 = 5 - Parâmetro de Acesso. Libera o acesso para alteração do conteúdo dos parâmetros. O valor da senha é 5. O uso de senha está sempre ativo.
2. P204 = 5 - Carrega Parâmetros com Padrão de Fábrica. Reprograma todos os parâmetros para os valores do padrão de fábrica. Para isso, programe P204 = 5. Os parâmetros P142 (tensão de saída máxima), P145 (freqüência nominal),P295 (corrente nominal),P308 (endereço do inversor) e P399 a P407 (parâmetros do motor) não são alterados quando é realizada a carga dos ajustes de fábrica através de P204 = 5.
3. P000 = 5 - Parâmetro de Acesso. Libera o acesso para alteração do conteúdo dos parâmetros. 
4. P100 = 12s - Rampa Aceleração. Este parâmetro define o tempo para acelerar linearmente de 0 até a frequência nominal.
5. P101 = 8s - Rampa Desaceleração. Este parâmetro define o tempo para desacelerar linearmente da frequência nominal até 0.
6. P156 = 5,0A. O parâmetro P156 deve ser ajustado num valor de 10 % a 20 % acima da corrente de trabalho do motor.
7. P202 = 2 - Inversor Vetorial. Define o modo de controle do inversor. O controle vetorial permite um melhor desempenho em termos de torque e regulação de velocidade. O controle vetorial do CFW-08 opera sem sensor de velocidade no motor (sensorless). Deve ser utilizado quando for necessário: uma melhor dinâmica (acelerações e paradas rápidas); quando necessária uma maior precisão no controle de velocidade; operar com torques elevados em baixa rotação ( < 5Hz).
8. P220 = 1 - Seleção da Referência de velocidade. Define quem faz a seleção da Referência de velocidade - Situação local.  0 - Sempre situação local. 
9. P221 = 0 - Velocidade local através das Teclas < e > da IHM. Seleção da Referência de velocidade – Situação Local. 
10. P222 = 0 - Velocidade Remoto através de AI1. Seleção da Referência de velocidade – Situação Remoto. 
11. P229 = 2 - Comando IHM e Bornes. Definem a origem dos comandos de habilitação e desabilitação do inversor, sentido de giro e JOG.

Figura 07 -  Acionamentos do 
Inversor de Frequência.

Os parâmetros do motor é definido através dos dados obtidos na placa do motor.

1. P399 = 68.5 - Rendimento Motor.
2. P400 = 220 - Vac Tensão do Motor.
3. P401 - Corrente do motor – 2,04 A. 
4. P402 - Rotação do motor – 1680 RPM .
5. P403 = 60 Hz - Frequência.
6. P404 = 3 - 1/2 CV - Potência Mecânica.
7. P407 =0,7 Fator potencia.
8. P408 = Auto ajuste resistência rotórica.

Com as alterações acima o inversor de frequência está pronto para funcionar e as entradas digitais estão habilitadas na funções remoto com as seguintes funções:

1. P263 = 4 - DI1 = Habilita Geral.
2. P264 = 2 - DI2 = Gira / Para.
3. P265 = 0 - DI3 = Sem função.
4. P266 = 0 - DI4 = Sem função.

Diagrama elétrico de Partida de Motor com Inversor disponível em : 23_10_54 Inversor CFW08 - Modo remoto e Freio Eletromagnético de Foucault; 

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2017.