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7/25/2019 Tema01_AcionamMaqInduc

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Diego Brito dos Santos CesarFbio da Conceio CruzThiago Timb Matos

Acionamento de Mquinas Eltricas de Induo


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Exerccios de Fixao

Qual a importncia de se manter a relao V/Hz constante e qual a implicao em

variar uma grandeza enquanto a outra se mantm constante?

Em uma aplicao rural, um motor trifsico, 2 plos, alimentado por uma redemonofsica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tenso fase-fase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofsico de ondacompleta e um inversor trifsico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter umavelocidade de 2000 rpm. Determine o ngulo de disparo do retificador e amodulao em amplitude que satisfaam condio desejada. Considere que entreo motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmnicos e atribui

ganho unitrio componente fundamental. Considere ainda que o retificadorentregar uma tenso DC de 100V para o inversor.


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Adaptar a operao das mquinas a diferentes solicitaes de carga

Objetivo

Prolongar vida til

Otimizar o funcionamento do motor


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Motor de Induo Modelo


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MI Mtodos Clssicos de Partida

Motivao:- Embora o motores suportem sobrecarga na partida, devido alimentao dos MITs no

ser ideal, ocorre uma queda na tenso de alimentao, refletindo-se em todas as cargasligadas no mesmo barramento

- H tambm uma elevada corrente de partida solicitada da rede (cerca de 8 vezes anominal)

Caso a partida seja direta, a instalao deve ser superdimensionada


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Motivao:

- Sendo um MIT de potncia nominal (P) e corrente de partida (Ip=k In) produzida em umbarramento de potncia de curto- circuito(Pcc), a queda de tenso na partida expressaem percentagem da tenso nominal dada pela expresso:

V % = 100.k. P/Pcc

Caso este valor ultrapasse 10%, so

utilizados mtodos de partidaindireta


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Partida Direta:- Usado nos casos em que a queda de tenso fica dentro dos valores admissveis

- Mtodo mais barato, e usado para motores de pequena potncia

Partida com Chave Estrela-Tringulo (Tenso Reduzida):- Mtodo mais econmico e largamente utilizado

- Na partida, os enrolamentos do motor so ligado em Y e quando a velocidade deoperao atingida, a conexo alterada para


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Partida com Chave Compensadora Automtica (Tenso Reduzida):

- A tenso de partida reduzida atravs do auto-transformador, a corrente de linha e otorque de partida ficam reduzidos pelo quadrado da relao de transformao

- Aplicado quando o MIT parte com carga parcial ou o motor no satisfaz as exignciaspara ser acionado por chave estrela-tringulo

Partida com Chave Srie-Paralelo (Tenso Reduzida):- A mquina parte em vazio

- Neste tipo de partida o pico de corrente e conjugado fica reduzido a 1/4 comparado com

a partida direta

- Durante a partida o motor ligado na configurao srie, quando a velocidade nominal atingida faz-se ento a transio para a ligao em paralelo

- necessrio que o motor seja adaptvel s duas tenses


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Mtodos Modernos de Acionamento

Controle Escalar

Controle da Tenso do Rotor

Controle da Tenso do Estator

Controle da Frequncia

Controle da Razo Tenso/Frequncia

Controle da Corrente do Estator

Controle Vetorial

Controle Direto de Torque e Fluxo


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Controle Escalar Tenso do Rotor

Utilizado apenas em motores bobinados

implementado ao adicionar resistncias ao terminais do rotor


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A variao de Rx permite mover a curva torque - velocidade damquina

Quanto maior a resistncia, menor a velocidade para o mesmo

conjugado


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Ao invs de dissipar a potncia na resistncia, ela pode ser enviadapara a rede

A relao entre Vd e Id fornece a resistncia equivalente


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Vantagens:- Baixo custo

- Aumenta o torque e diminui a corrente de partida

Desvantagens:- Baixa eficincia energtica devido dissipao de potncia nos resistores

Aplicaes:- Situaes que demandem um grande

nmero de partidas/paradas e elevadoconjugado


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Controle Escalar Tenso do Estator

Consiste em variar a tenso no estator mantendo a frequncia de

alimentao constantePode ser controlado por um Controlador CA formado por tiristores ou

um inversor trifsico

Usado extensivamente como dispositivo softstarter para motores

de induo de velocidade constanteO aumento da faixa de velocidade feito a custo de reduo do

torque mximo.


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Vantagens:- Simples Implementao

Desvantagens:

- No recomendado para cargas que necessitam de torque constantes nem elevadosconjugados de partida (ex: Gruas, esteiras transportadoras, guindastes);

- Faixa de ajuste de velocidade relativamente estreita;

Aplicaes:- Sistemas de baixa performance e potncia, como ventiladores e bombas centrfugas, que

precisam de baixo torque de partida.


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Controle Escalar Frequncia

Permite controle detorque e velocidade

O fluxo aumentapara umadiminuio da

frequncia tensoconstante


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Controle Escalar Frequncia

Para baixas frequncias, as reatncias diminuem, aumentandosignificativamente a corrente

Uma alimentao deste tipo pode ser obtida por meio de um inversorque fornea uma tenso constante, variando apenas a frequncia

Este tipo de controle no comumente utilizado


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Controle Escalar Razo V/f

o mtodo de controle de velocidade mais popular

Para baixas frequncias, necessria uma tenso de boost na partidada mquina, depois da partida essa tenso se torna desprezvel

O ajuste da relao V/Hz feito atravs de um algoritmo quedetermina o ndice de modulao em funo da freqncia;


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/


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Em malha aberta:


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Controle Escalar Saturao de Fluxo

l l


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Controle Escalar Corrente do Rotor

O fluxo acompanha o aumento de corrente

Tambm h possibilidade de saturao do fluxo

l l li


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Controle Escalar Realizao

Indutor como fonte de corrente

Inversor de corrente (CSI)

l l i


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Controle Escalar Caractersticas

Sistemas sem restrio de tempo de resposta: ventiladores, bombas,esteiras rolantes, acionamento de veculos pesados

Gerao de harmnicos e pulsaes no torque

Maior controle sobre picos de correntes (transitrios)

Maior controle sobre falhas (faltas)

T b l d A li C l E l


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Tabela de Aplicaes Controle Escalar

C l Di d T Fl


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Avanada tcnica de controle escalar, introduzida na dcada de 80

Desempenho comparvel ao controle vetorial

Desvantagens:- Modelo da mquina e suas caractersticas so vlidos somente para o estado

estacionrio. Gera problemas de desempenho dinmico.

- No possvel o gerenciamento de sistemas no balanceados.

- O mtodo de controle deve ser concebido de acordo com o tipo do motor (sncrono ouassncrono)

C l Di d T Fl


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Trata-se basicamente do Controle da Razo V/Hz em malha fechada

C t l V t i l


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Controle Vetorial

Tambm chamado controle por orientao de campo FOC

O nome vetorial advm do fato que para ser possvel este controle, feita uma decomposio vetorial da corrente enviada ao motor nosvetores que representam o torque e o fluxo no motor, de forma a

possibilitar a regulao independente do torque e do fluxo.

Controla o torque (e da por fim a velocidade) atravs de uma malhade controle que monitora a corrente enviada a mquina. MALHAFECHADA.

Operao suave em baixa velocidade e sem oscilaes de torque,mesmo variando a carga.

C t l V t i l


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Controle Vetorial

O controle vetorial possibilita atingir um elevado grau de preciso erapidez no controle tanto do torque quanto da velocidade do motor.

Limitaes do controle escalar:- No possui controle direto de conjugado

- Possui baixa performance dinmica

- Ignora as caractersticas tcnicas do motor

Leva em considerao tanto a amplitude das grandezas como a suafase, fazendo utilizao de "vetores espaciais", cujas projees so as

variveis trifsicas.

Modelo obtido similar ao das mquinas de C.C. e, portanto, de fcilcontrole

C t l V t i l Ti P i i i


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Controle Vetorial Tipos Principais

Com encoder (sensor)



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Encoders:- Transdutores de movimento capazes deconverter movimentos lineares ouangulares em informaes eltricas.

- Programa converte as informaespassadas em algo que possa serentendido como distncia, velocidade,

etc.

E d


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Encoders

Disco de vidro estampado

Encoder absoluto



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Sensorless

Preciso na regulao de velocidade inferior se comparado a docontrole vetorial normal, com limitaes ainda maiores embaixssimas rotaes (velocidade zero ou bem prximas a zero).

Controle Vetorial Aplicaes


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Controle Vetorial Aplicaes

Mquinas de extruso

Processos de trefilao

Sistemas de elevao

Controle Vetorial Desvantagens


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Controle Vetorial - Desvantagens

Exige intensa computao em tempo real e maior velocidade deprocessamento, quando comparado ao controle escalar.

Necessitam da programao de todos os parmetros do motor como,

resistncias eltricas, indutncias, correntes nominais do rotor eestator.

Alguns inversores dispem de sistemas de ajustes automticos

tambm conhecidos como "Auto-tunning", no sendo necessrio apesquisa de dados sobre o motor.

Efeitos da Excitao No senoidal


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Efeitos da Excitao No-senoidal

Aumento de perdas e temperatura

Aumento dos niveis de vibrao e rudo e perda de rendimento

Stress do sistema de isolamento

Efeitos da Excitao No senoidal


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Efeitos da Excitao No-senoidal

No existe normalizaoquanto aos valores limitesde tenso e corrente, no

entanto as normasconsideram o aumentodas perdas do motordevido ao uso de inversor

Exerccios de Fixao


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Exerccios de Fixao

Qual a importncia de se manter a relao V/Hz constante e qual a implicao em

variar uma grandeza enquanto a outra se mantm constante?

Em uma aplicao rural, um motor trifsico, 2 plos, alimentado por uma redemonofsica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tenso fase-

fase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofsico de ondacompleta e um inversor trifsico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter umavelocidade de 2000 rpm. Determine o ngulo de disparo do retificador e amodulao em amplitude que satisfaam condio desejada. Considere que entreo motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmnicos e atribui

ganho unitrio componente fundamental. Considere ainda que o retificadorentregar uma tenso DC de 100V para o inversor.

Referncias Bibliogrficas


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Referncias Bibliogrficas

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LEANDRO, Eduardo.Um novo sistema de refrigerao com controle de temperatura, compressor aberto, mquina deinduo trifsica com velocidade varivel e correo ativa do fator de potncia do estgio de entrada / Eduardo

Leandro.Ilha Solteira : [s.n.], 2006

NERY, E. C., ALVARENGA, B.,Acionamento Suave e Controle Escalar de Motor de Induo Monofsico Atravs de InversorTrifsico, Universidade Federal de Gois

Guia tcnico WEG. Motores de induo alimentados por inversores de frequncia PWM.

BARBEIRO, Tcio Luiz S. O Inversor de Frequncia e Suas Aplicaes

ANDRADE, DarizonA.Tcnicas de Controle para Motores de Induo com Acionamento a Freqncias Variveis. UFU

Ps-graduao em Engenharia Eltrica Conversores de Frequencia.SENAI-MG

ARAJO, Mrio Jos.Estado da Arte do Acionamento de Mquinas Eltricas.Centro Federal de Educao Tecnolgica daBahia Departamento de Tecnologia em Eletro-eletrnica

STEPHAN, Richard M.Acionamento, Comando e Controle de Mquinas Eltricas.UFRG

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ANDRADE, Darizon A.Mquinas de Induo Caractersticas Operacionais. UFU Ps-graduao em Engenharia Eltrica

Mdulo 7 - Conversores para o Acionamento de Mquinas Eltricas.DCSE FEEC, Unicamp.

BRAGA, Rafael Poloni.Inversor de frequncia em acionamento de motobombas com funo booster: comparativocom outros mtodos, anlise de investimento e projeto .Universidade Federal do Esprito Santo Depto de Eng Eltrica

HINDMARSH, John.RENFREW, Alasdair.Electrical Machines and Drive Systems

Teoria 18 Filosofia de Controle Vetorial.Escola SENAI Mariano Ferraz

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