Acionamento de Máquinas Elétricas de Indução - UFBA · -Embora o motores suportem sobrecarga na partida, devido à alimentação dos MITs não ser ideal, ocorre uma queda na tensão

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

Motor de Indução – Modelo

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


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


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


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


A variação de Rx permite mover a curva torque - velocidade da máquina

Quanto maior a resistência, menor é a velocidade para o mesmo conjugado


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


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.



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;



Em malha aberta:

Controle Escalar – Saturação de Fluxo

Controle Escalar – Corrente do Rotor

O fluxo acompanha o aumento de corrente

Também há possibilidade de saturação do fluxo

Controle Escalar – Realização Indutor como fonte de corrente

Inversor de corrente (CSI)

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)

Tabela de Aplicações – Controle Escalar


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)


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

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

Com encoder (sensor)


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.

Encoders

Disco de vidro estampado Encoder absoluto


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 – Aplicações

Máquinas de extrusão

Processos de trefilação

Sistemas de elevação

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”

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