MARÇO DE 2001 – Edição nº 56 – Controle & Instrumentação
Cover Page
Inversores de freqüência: vendas crescem 15%,
mas a participação no parque industrial é inexpressiva
O país está abastecido com tecnologia de ponta
Afinal de contas, é quase impossível achar um segmento industrial onde seja desnecessária a presença de acionamentos estáticos para motores elétricos, ou seja, os inversores de freqüência. É um mercado em plena expansão no Brasil.
No que diz respeito a inversores de freqüência, o Brasil é um país abastecido por tecnologia de ponta. A maioria dos grandes fabricantes já está presente no país, logo, tudo que é desenvolvido no exterior, numa fração de segundos, já passa a fazer parte das indústrias brasileiras.
Conversor ou inversor?
Ninguém sabe ao certo dizer o porquê, mas as palavras “conversor” e “inversor” estão sendo usadas no meio técnico para designar a mesma coisa: acionamento estático para motores elétricos. É comum técnicos comparecerem a eventos e depararem–se com um instrumento, que serve para modular a rotação de equipamentos girantes, ser chamado de inversor e, em outros, ser chamado de conversor. “No meu entender o nome correto é inversor de freqüência. Não está incorreto dizer conversor, mas dentro da Abinee – Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica utilizamos muito mais a palavra inversor”, disse Fabian Yaksic, gerente do departamento de tecnologia e política industrial da Abinee. Morfologicamente, tanto inversor como conversor é utilizado para mudar, alterar, transmutar ou trocar. Os primeiros inversores foram lançados no Brasil entre os anos de 1978 e 1979 em vários tipos de indústrias. Demasiadamente grandes, sendo equivalentes a uma geladeira, em virtude do preço, esses primeiros inversores eram privilégio de alguns. O número de funções também era extremamente reduzido, não tendo como configurá–lo para alguns setores. A indústria virava–se com os acionamentos em corrente contínua, ou em alguns casos, lançava mão de variadores eletromagnéticos. “As poucas indústrias que ainda utilizam este tipo de equipamento sofre com o custo extremamente alto da manutenção e com a falta de peças para reposição”, observa Raymond Schmitz, diretor do grupo setorial de acionamentos estáticos da Abinee.
O preço dos inversores hoje caiu bastante tornando–se acessível para vários segmentos da indústria. Acredita–se que deva existir hoje perto de 25 fabricantes desses equipamentos, boa parte destes já com uma base de vendas instalada no Brasil. Os grandes usuários são as indústrias que necessitam de uma velocidade variável constante, destacando–se nessa parte àquelas situadas no segmento siderúrgico, petroquímico e papel e celulose
Fabian: Conversor ou inversor
Raymond: indústria precisa de conscientiz
|
Evolução
da tecnologia
|
|
| 1978 à 1992 | – inversores escalares (utilizados para aplicações extremamente simples. ) |
| 1992 à 1995 | – inversores vetoriais (podem ser usados para uma gama maior de aplicações. O preço alto desses equipamentos fizeram com que esses equipamentos fosse privilégio de algumas empresas). |
| 1995 aos dias de hoje | – inversores vetoriais de fácil programação e preço mais acessível para uma ampla faixa de indústria. Essa tecnologia presente nesses inversores resolve 80% dos casos de controle de velocidade. |
As aplicações envolvendo motores de indução alimentados por inversores de freqüência, quer sejam vetoriais ou escalares é atualmente um fato concreto. Dentro desta realidade vivenciamos ainda uma etapa de desenvolvimento e de crescimento da demanda do conjunto “inversor- motor”. Nesta edição, o leitor poderá encontrar comentários sobre alguns aspectos e características do inversor. Mas e o motor? Mudou ao longo desses anos? Estava preparado para esta aplicação?
O seu rendimento e características se alteram com o uso do inversor? De uma forma geral, as aplicações de motores de indução com inversores é algo relativamente novo, principalmente dentro do contexto nacional e trata–se de um assunto polêmico e divergente e, muitas vezes, até contraditório. Não há uma norma específica que oriente os fabricantes de motores na padronização dos processos de avaliação dos motores para a aplicação com inversores em nível nacional, mas existe uma abordagem neste assunto em algumas normas internacionais, como exemplo, a IEC34-17(1992).
Características dos motores com inversor
Ruído – Ao acionar um motor com inversor de freqüência, logo nota–se o ruído característico do motor: um tom agudo e de relativa intensidade. Este efeito é causado pelo conteúdo harmônico de tensão presente na alimentação de tensão fornecida ao motor pelo inversor. Em conseqüência tem–se o ruído magnético. Aumentando a freqüência de chaveamento do inversor para freqüências acima de 12Khz nota–se que existe melhora nesta característica. Isto se deve porque a onda senoidal entregue ao motor é sintetizada com o aumento da freqüência de chaveamento, aproximando–se de uma senóide mais real.
Vibração – Outra característica também afetada é o nível de vibração, que aumenta se estiver trabalhando com uma freqüência baixa de chaveamento. Assim como no caso do ruído, melhora ao se elevar a freqüência de chaveamento.
Rendimento – O rendimento do conjunto motor-inversor, é outra variável que tem sua melhora em função do aumento da freqüência de chaveamento do inversor, porém, o rendimento do inversor diminui com este aumento de freqüência. Pode-se notar isto no manual do fabricante do inversor, onde explica que a potência de saída diminui com o aumento da freqüência, ou seja, a corrente de saída do inversor diminui.
Correntes nos Mancais – Componentes de alta freqüência da tensão de modo comum dos inversores de freqüência (pwm) geram um acoplamento capacitivo do motor ao terra, sendo que sua via de descarga é o rolamento. A isolação das pistas interna e externa proporcionada pela graxa dos rolamentos é o fator que serve para que se acumule cargas no rotor. No momento em que a capacidade dielétrica da graxa se rompe, acontece a passagens de corrente pelo rolamento. Consequentemente, a superfície dos rolamentos são danificadas e, com isto, sua vida útil é reduzida há uma falha prematura do rolamento do motor.
Concluindo, o aumento da freqüência de chaveamento melhora algumas características, porém não é uma solução simples de se tomar.
Unicsul busca novos desenvolvimentos em acionamentos
Na hora de comprar um conversor, vários aspectos precisam ser analisados. E ao analisar alguns aspectos, provavelmente encontrará apenas duas ou três soluções que atendam com razoável igualdade de condições. A Unicsul está desenvolvendo uma alternativa: os conversores especiais para motores e geradores de relutância chaveados. Segundo o professor Pedro Pereira de Paula da Universidade Cruzeiro do Sul (Unicsul), é difícil sintetizar o que há de diferente nesses conversores porque não existe consenso. Quando fala-se em aplicação de máquina elétrica e acionamentos de carga mecânicas em velocidade variável, é preciso questionar qual a carga e quais as características do seu funcionamento. Segundo ele, o conversor desenvolvido pela Unicsul traz alguns tipos de aplicações que destaca–se em relação aos acionamentos existentes no mercado. Mas reconhece que pode perder em determinadas aplicações. O professor acredita que os acionamentos estáticos estão encontrando espaço no mercado, fato que tende a aumentar cada vez mais. Ele não nega que o seu projeto concorre com os demais sistemas existentes no mercado. Além das aplicações desenvolvidas em nível acadêmico, o professor Pedro disse que seu grupo também está procurando aplicações comerciais.
Na Unicsul está trabalhando-se em dois tipos de aplicações para esses conversores especiais. A primeira delas é o acionamento de cadeiras de rodas. Inclusive, foi feito contato com uma associação beneficente para desenvolvimento do projeto. “A idéia é desenvolver uma cadeira com um baixo custo, uma vez que ela terá um acionamento elétrico”, enfatiza o professor. O projeto já se encontra na fase de protótipo, que deverá estar finalizado dentro de um mês. Na etapa posterior será estudada a redução de custos e aprimoramento da máquina. Uma segunda aplicação é o sistema de tração elétrica de 1.200 watts, que tem como fonte de combustível uma célula de hidrogênio. Este projeto está sendo desenvolvido em parceria com a Eletrocel, empresa fomentadora de tecnologia, pertencente ao núcleo de incubadora de empresas da USP. “À medida em que essa tecnologia for sendo dominada, a idéia é partir para sistemas maiores até chegar num motor que dê para colocar em um carro”.
Para o futuro, o professor adiantou em primeira mão que está pensando em utilizar esses conversores especiais para gerador de energia eólica, uma vez que o conversor funciona muito bem em velocidade variável. Para viabilizar a aplicação do conversor em energia eólica é preciso algo em torno de 50 KW. Fora isso, a máquina desenvolvida pela Unicsul tem conseguido encontrar aplicações em eletrodomésticos.
Uma importante referência é a aplicação do conversor acoplado diretamente à turbina de aviões, desempenhando papel de motor de arranque. Quando a turbina atinge uma certa estabilidade na velocidade, a máquina começa a desempenhar o papel de gerador de bordo. Inclusive, já existe uma aplicação dessa nos Estados Unidos. “É uma máquina integrada e vai de encontro, por exemplo, à idéia de desenvolver um avião elétrico. Muitos dos acionamentos internos do avião poderão ser feitos com motores elétricos, uma vez que poderá ter energia elétrica a bordo”, antevê o professor. O trabalho com esses conversores começou a ser desenvolvido em 1992, durante a tese de mestrado do professor Pedro. Já no ano seguinte foi concluído o primeiro protótipo desse tipo de acionamento, que foi utilizado em sua tese de doutorado.
O trabalho foi desenvolvido em conjunto com o também professor da Unicsul, Wanderlei Marinho da Silva, que especializou-se na parte de eletrônica de potência. Até o momento, nenhuma empresa apareceu para patrocinar a idéia.