Concurso Professor SubstitutoUniversidade Federal Fluminense

Prova AulaTema: Controle de Máquinas Elétricas

Candidato:Luis Oscar de Araujo Porto Henriques

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Introdução

Os acionamentos eletrônicos de máquinas elétricas são muito importantes nas aplicações industriais modernas.Aplicações: mineradoras, industria têxtil, de papel, transporte (metro), máquinas ferramentas e periféricos de computador.Alta eficiência:conversores operam em modo de chaveamento com semicondutores.

CC: tensão variávelCA: tensão e freqüência variável

Porque velocidade variável?Economia de energiaControle de velocidade e posiçãoMelhoria de transitório

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Tipos de Máquinas Elétricas

Máquinas de corrente contínuasérie, composto, shunt, imã permanente

Máquinas CA assíncronas ou de Indução Rotor bobinado e em gaiola

Máquinas CA síncronasRotor bobinado e imã permanente

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Máquinas de Corrente Contínua

3 formas principaisInclusão de resistência

Na armaduraNo campo

Sistema Ward-LeornardAtravés de Conversores Estáticos

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Máquinas de Corrente Contínua

Inclusão de resistênciaNa armadura (Ra) - usado para arranque da máquina No campo (Re) – somente acima da velocidade nominal, ás custas da perda de torque (enfraquecimento de campo)

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Máquinas de Corrente Contínua

Sistema Ward-Leonard3 máquinas (motor de indução, dínamo e um motor CC para atuação).Controle é feito mexendo-se na excitação do dínamo.

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Máquinas de Corrente Contínua

Conversores Estáticosω<ωbase- Região de torque constanteω>ωbase- Região de potência constante (enfraquecimento de campo)

Operação em 4 quadrantes ( H-Bridge PWM)

Resposta rápida e ripple da corrente na armadura é pequeno, permitindo baixas perdas harmônicas e baixa pulsação de torque.

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Máquinas de Corrente Contínua

Conversores EstáticosDependendo da aplicação desejada podemos escolher o acionamento mais indicado.

Unidirecional sem devolução de energia (bombas centrifugas)Unidirecional com devolução de energia (tração) (chopperunidirecional em corrente)Bidirecional (Elevadores)Bidirecional com reversão rápida de sentido (servomecanismo e máq. com controle de posição)

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Máquinas Assíncronas (Indução)

Motor de indução com rotor em gaiolaÉ o mais utilizado em velocidades fixas e começa a ser o mais usado em velocidades variáveis.Estratégias:

Variação de tensão com freqüência constanteVariação simultânea da tensão e freqüência (V/f cte) Controle vetorialControle por cascata hipossíncrona

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Máquinas Assíncronas (Indução)

Variação de tensão com freqüência constante

Indicado para cargas com características de torque crescente e com baixo valor de arranque e motores de maior resistência rotórica (classe D)A máquina fica subexcitada com tensão inferior a nominal reduzindo a disponibilidade de torque e diminuindo o rendimento.

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Máquinas Assíncronas (Indução)

V/f constanteObjetivo: manter o fluxo nominal no entreferro (torque máximo sem saturação) e um pequeno escorregamento (bom rendimento).Técnica em malha aberta. Se impormos uma velocidade ao motor, a robustez do controle assegura isto.

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Máquinas Assíncronas (Indução)

Controle vetorialbaseado em modelos de regime dinâmico.o sistema utiliza o referencial de fluxo rotórico.

Inversor de tensão controlado por corrente ( histerese)

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Máquinas Assíncronas (Indução)

Cascata hipossíncrona (rotor bobinado)

A energia dissipada com o escorregamento no momento de arranque é devolvida ao sistema de alimentação através de um conversor.Proporciona um desempenho idêntico ao conseguido com as resistências rotóricas, mas sem desperdício de energia

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Máquinas CA síncronas

Imã permanentesO fundamento principal é injetar a corrente em quadratura necessária para gerar o binário desejado. Para isto é necessário saber a posição angular do vetor de fluxo.

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Máquinas Assíncronas (Indução)

rr

sqsdrs

sds

sd Miiu

Li ψ

στσω

στσ

στσ−

++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+−=

1111

ψωσσω

στσ

στσ rsdsqrs

sqs

sq Miiu

Li −

−−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −+−=

1111

rr

sdr

rdr iM ψττ

ψψ 1−=≡ &&

( ) rrsqr

q iM ψωωτ

ψ −−=≡ 0&

rsqr

iLMT ψ=

[ ])()cos(32

1 αα seniii sqsds∗∗∗ −=

[ ]3

2,)()cos(32

2πγγαγα =−−−= ∗∗∗ seniii sqsds

[ ])()cos(32

3 γαγα +−+= ∗∗∗ seniii sqsds

Equações dif. Máquina.const

Mi rsd =

Ψ=

∗∗

∗∗

Ψ=

r

rsq M

LTi*

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Evolução no controle de máquinas

Motores “classicos”Torque essencialmente constanteOperar em CA senoidal pura ou CCInicializar e operar sem controle eletônico

Motor “PM brushless d.c.”Motor “Brushless PM a.c. synchronous”Motor “Switched Reluctance”Motor de passo

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Motor de Relutância Variável

Baixo custo de produçãoBom comportamento térmicoRobustoConfiávelFácil reparoAlta eficiência

Ripple no torqueModelo não linearNecessidade de sensor

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Motor de Relutância Variável

Controle de Corrente

PC(Pentium)

Sensor de Posição

Gerador+

CargaVd

I*

θ offI ref

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Máquinas Assíncronas (Indução)