Post on 20-Sep-2018
Diego Brito dos Santos CesarFábio da Conceição CruzThiago Timbó Matos
Acionamento de Máquinas Elétricas de Indução
Exercícios de Fixação
Qual a importância de se manter a relação V/Hz constante e qual a implicação emvariar uma grandeza enquanto a outra se mantém constante?
Em uma aplicação rural, um motor trifásico, 2 pólos, é alimentado por uma redemonofásica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tensão fase-fase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofásico de ondacompleta e um inversor trifásico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter umavelocidade de 2000 rpm. Determine o ângulo de disparo do retificador e amodulação em amplitude que satisfaçam à condição desejada. Considere que entreo motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmônicos e atribuiganho unitário à componente fundamental. Considere ainda que o retificadorentregará uma tensão DC de 100V para o inversor.
Adaptar a operação das máquinas a diferentes solicitações de carga
Objetivo
Prolongar vida útil
Otimizar o funcionamento do motor
MI – Métodos Clássicos de Partida
Motivação:- Embora o motores suportem sobrecarga na partida, devido à alimentação dos MITs não
ser ideal, ocorre uma queda na tensão de alimentação, refletindo-se em todas as cargasligadas no mesmo barramento
- Há também uma elevada corrente de partida solicitada da rede (cerca de 8 vezes anominal)
Caso a partida seja direta, a instalação deve ser superdimensionada
MI – Métodos Clássicos de Partida
Motivação:- Sendo um MIT de potência nominal (P) e corrente de partida (Ip=k In) produzida em um
barramento de potência de curto- circuito(Pcc), a queda de tensão na partida expressaem percentagem da tensão nominal é dada pela expressão:
ΔV % = 100.k. P/Pcc
Caso este valor ultrapasse 10%, sãoutilizados métodos de partidaindireta
MI – Métodos Clássicos de Partida
Partida Direta:- Usado nos casos em que a queda de tensão fica dentro dos valores admissíveis
- Método mais barato, e usado para motores de pequena potência
Partida com Chave Estrela-Triângulo (Tensão Reduzida):- Método mais econômico e largamente utilizado
- Na partida, os enrolamentos do motor são ligado em Y e quando a velocidade deoperação é atingida, a conexão é alterada para Δ
MI – Métodos Clássicos de Partida
Partida com Chave Compensadora Automática (Tensão Reduzida):- A tensão de partida é reduzida através do auto-transformador, a corrente de linha e o
torque de partida ficam reduzidos pelo quadrado da relação de transformação
- Aplicado quando o MIT parte com carga parcial ou o motor não satisfaz as exigênciaspara ser acionado por chave estrela-triângulo
Partida com Chave Série-Paralelo (Tensão Reduzida):- A máquina parte em vazio
- Neste tipo de partida o pico de corrente e conjugado fica reduzido a 1/4 comparado coma partida direta
- Durante a partida o motor é ligado na configuração série, quando a velocidade nominal éatingida faz-se então a transição para a ligação em paralelo
- É necessário que o motor seja adaptável às duas tensões
Métodos Modernos de Acionamento
Controle Escalar
Controle da Tensão do Rotor
Controle da Tensão do Estator
Controle da Frequência
Controle da Razão Tensão/Frequência
Controle da Corrente do Estator
Controle Vetorial
Controle Direto de Torque e Fluxo
Controle Escalar – Tensão do Rotor
Utilizado apenas em motores bobinados
É implementado ao adicionar resistências ao terminais do rotor
Controle Escalar – Tensão do Rotor
A variação de Rx permite mover a curva torque - velocidade da máquina
Quanto maior a resistência, menor é a velocidade para o mesmo conjugado
Controle Escalar – Tensão do Rotor
Ao invés de dissipar a potência na resistência, ela pode ser enviada para a rede
A relação entre Vd e Id fornece a resistência equivalente
Controle Escalar – Tensão do Rotor
Vantagens:- Baixo custo
- Aumenta o torque e diminui a corrente de partida
Desvantagens:- Baixa eficiência energética devido à dissipação de potência nos resistores
Aplicações:- Situações que demandem um grande
número de partidas/paradas e elevadoconjugado
Controle Escalar – Tensão do Estator
Consiste em variar a tensão no estator mantendo a frequência de alimentação constante
Pode ser controlado por um Controlador CA formado por tiristores ou um inversor trifásico
Usado extensivamente como dispositivo “soft starter” para motores de indução de velocidade constante
O aumento da faixa de velocidade é feito a custo de redução do torque máximo.
Controle Escalar – Tensão do Estator
Vantagens:- Simples Implementação
Desvantagens:- Não é recomendado para cargas que necessitam de torque constantes nem elevados
conjugados de partida (ex: Gruas, esteiras transportadoras, guindastes);
- Faixa de ajuste de velocidade relativamente estreita;
Aplicações:- Sistemas de baixa performance e potência, como ventiladores e bombas centrífugas, que
precisam de baixo torque de partida.
Controle Escalar – Frequência
Permite controle detorque e velocidade
O fluxo aumentapara umadiminuição dafrequência à tensãoconstante
Controle Escalar – Frequência
Para baixas frequências, as reatâncias diminuem, aumentandosignificativamente a corrente
Uma alimentação deste tipo pode ser obtida por meio de um inversorque forneça uma tensão constante, variando apenas a frequência
Este tipo de controle não é comumente utilizado
Controle Escalar – Razão V/f
É o método de controle de velocidade mais popular
Para baixas frequências, é necessária uma tensão de boost na partidada máquina, depois da partida essa tensão se torna desprezível
O ajuste da relação V/Hz é feito através de um algoritmo quedetermina o índice de modulação em função da freqüência;
Controle Escalar – Corrente do Rotor
O fluxo acompanha o aumento de corrente
Também há possibilidade de saturação do fluxo
Controle Escalar – Características
Sistemas sem restrição de tempo de resposta: ventiladores, bombas,esteiras rolantes, acionamento de veículos pesados
Geração de harmônicos e pulsações no torque
Maior controle sobre picos de correntes (transitórios)
Maior controle sobre falhas (faltas)
Controle Direto de Torque e Fluxo
Avançada técnica de controle escalar, introduzida na década de 80
Desempenho comparável ao controle vetorial
Desvantagens:- Modelo da máquina e suas características são válidos somente para o estado
estacionário. – Gera problemas de desempenho dinâmico.
- Não é possível o gerenciamento de sistemas não balanceados.
- O método de controle deve ser concebido de acordo com o tipo do motor (síncrono ouassíncrono)
Controle Vetorial
Também chamado controle por orientação de campo – FOC
O nome vetorial advém do fato que para ser possível este controle, éfeita uma decomposição vetorial da corrente enviada ao motor nosvetores que representam o torque e o fluxo no motor, de forma apossibilitar a regulação independente do torque e do fluxo.
Controla o torque (e daí por fim a velocidade) através de uma malhade controle que monitora a corrente enviada a máquina. – MALHAFECHADA.
Operação suave em baixa velocidade e sem oscilações de torque,mesmo variando a carga.
Controle Vetorial
O controle vetorial possibilita atingir um elevado grau de precisão erapidez no controle tanto do torque quanto da velocidade do motor.
Limitações do controle escalar:- Não possui controle direto de conjugado
- Possui baixa performance dinâmica
- Ignora as características técnicas do motor
Leva em consideração tanto a amplitude das grandezas como a suafase, fazendo utilização de "vetores espaciais", cujas projeções são asvariáveis trifásicas.
Modelo obtido é similar ao das máquinas de C.C. e, portanto, de fácilcontrole
Controle Vetorial – Tipos Principais
Encoders:
- Transdutores de movimento capazes deconverter movimentos lineares ouangulares em informações elétricas.
- Programa converte as informaçõespassadas em algo que possa serentendido como distância, velocidade,etc.
Controle Vetorial – Tipos Principais
Sensorless
Precisão na regulação de velocidade é inferior se comparado a docontrole vetorial normal, com limitações ainda maiores embaixíssimas rotações (velocidade zero ou bem próximas a zero).
Controle Vetorial - Desvantagens
Exige intensa computação em tempo real e maior velocidade deprocessamento, quando comparado ao controle escalar.
Necessitam da programação de todos os parâmetros do motor como,resistências elétricas, indutâncias, correntes nominais do rotor eestator.
Alguns inversores dispõem de sistemas de ajustes automáticostambém conhecidos como "Auto-tunning", não sendo necessário apesquisa de dados sobre o motor.
Efeitos da Excitação Não-senoidal
Aumento de perdas e temperatura
Aumento dos niveis de vibração e ruído e perda de rendimento
Stress do sistema de isolamento
Efeitos da Excitação Não-senoidal
Não existe normalizaçãoquanto aos valores limitesde tensão e corrente, noentanto as normasconsideram o aumentodas perdas do motordevido ao uso de inversor
Exercícios de Fixação
Qual a importância de se manter a relação V/Hz constante e qual a implicação emvariar uma grandeza enquanto a outra se mantém constante?
Em uma aplicação rural, um motor trifásico, 2 pólos, é alimentado por uma redemonofásica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tensão fase-fase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofásico de ondacompleta e um inversor trifásico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter umavelocidade de 2000 rpm. Determine o ângulo de disparo do retificador e amodulação em amplitude que satisfaçam à condição desejada. Considere que entreo motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmônicos e atribuiganho unitário à componente fundamental. Considere ainda que o retificadorentregará uma tensão DC de 100V para o inversor.
Referências Bibliográficas POMILIO, J. A. Eletrônica de Potência, DCSE – FEEC, Unicamp.
LEANDRO, Eduardo. Um novo sistema de refrigeração com controle de temperatura, compressor aberto, máquina deindução trifásica com velocidade variável e correção ativa do fator de potência do estágio de entrada / EduardoLeandro. – Ilha Solteira : [s.n.], 2006
NERY, E. C., ALVARENGA, B., Acionamento Suave e Controle Escalar de Motor de Indução Monofásico Através de InversorTrifásico, Universidade Federal de Goiás
Guia técnico WEG. Motores de indução alimentados por inversores de frequência PWM.
BARBEIRO, Tácio Luiz S. O Inversor de Frequência e Suas Aplicações
ANDRADE, Darizon A.Técnicas de Controle para Motores de Indução com Acionamento a Freqüências Variáveis. UFU –Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Conversores de Frequencia. SENAI-MG
ARAÚJO, Mário José. Estado da Arte do Acionamento de Máquinas Elétricas. Centro Federal de Educação Tecnológica daBahia – Departamento de Tecnologia em Eletro-eletrônica
STEPHAN, Richard M. Acionamento, Comando e Controle de Máquinas Elétricas. UFRG
BIM, Edson. Máquinas Elétricas e Acionamento: uma Introdução. Unicamp – Faculdade de Engenharia e Computação
ANDRADE, Darizon A.Máquinas de Indução – Características Operacionais. UFU – Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Módulo 7 - Conversores para o Acionamento de Máquinas Elétricas. DCSE – FEEC, Unicamp.
BRAGA, Rafael Poloni. Inversor de frequência em acionamento de motobombas com função “booster”: comparativocom outros métodos, análise de investimento e projeto . Universidade Federal do Espírito Santo – Depto de Eng Elétrica
HINDMARSH, John. RENFREW, Alasdair. Electrical Machines and Drive Systems
Teoria 18 – Filosofia de Controle Vetorial. Escola SENAI “Mariano Ferraz”