Acionamento de Máquinas Elétricas de Indução
Diego Brito dos Santos Cesar
Fábio da Conceição Cruz
Thiago Timbó Matos
Exercícios de Fixação
 Qual a importância de se manter a relação V/Hz constante e qual a implicação em
variar uma grandeza enquanto a outra se mantém constante?
 Em uma aplicação rural, um motor trifásico, 2 pólos, é alimentado por uma rede
monofásica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tensão fasefase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofásico de onda
completa e um inversor trifásico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter uma
velocidade de 2000 rpm. Determine o ângulo de disparo do retificador e a
modulação em amplitude que satisfaçam à condição desejada. Considere que entre
o motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmônicos e atribui
ganho unitário à componente fundamental. Considere ainda que o retificador
entregará uma tensão DC de 100V para o inversor.
Objetivo
 Adaptar a operação das máquinas a diferentes solicitações de carga
 Otimizar o funcionamento do motor
 Prolongar vida útil
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 cargas
ligadas no mesmo barramento
- Há também uma elevada corrente de partida solicitada da rede (cerca de 8 vezes a
nominal)
 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 expressa
em percentagem da tensão nominal é dada pela expressão:
ΔV % = 100.k. P/Pcc
 Caso este valor ultrapasse 10%, são
utilizados
indireta
métodos
de
partida
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 de
operação 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 exigências
para 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 com
a partida direta
- Durante a partida o motor é ligado na configuração série, quando a velocidade nominal é
atingida 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 Direto de Torque e Fluxo
 Controle Vetorial
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 elevado
conjugado
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
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 de
torque e velocidade
O
fluxo aumenta
para
uma
diminuição
da
frequência à tensão
constante
Controle Escalar – Frequência
 Para baixas frequências, as reatâncias diminuem, aumentando
significativamente a corrente
 Uma alimentação deste tipo pode ser obtida por meio de um inversor
que 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 partida
da máquina, depois da partida essa tensão se torna desprezível
 O ajuste da relação V/Hz é feito através de um algoritmo que
determina o índice de modulação em função da freqüência;
Controle Escalar – Razão V/f
Controle Escalar – Razão V/f
 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
 Geração de harmônicos e pulsações no torque
 Maior controle sobre picos de correntes (transitórios)
 Maior controle sobre falhas (faltas)
 Sistemas sem restrição de tempo de resposta: ventiladores, bombas,
esteiras rolantes, acionamento de veículos pesados
Tabela de Aplicações – Controle Escalar
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 ou
assíncrono)
Controle Direto de Torque e Fluxo
 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, é
feita uma decomposição vetorial da corrente enviada ao motor nos
vetores que representam o torque e o fluxo no motor, de forma a
possibilitar a regulação independente do torque e do fluxo.
 Controla o torque (e daí por fim a velocidade) através de uma malha
de controle que monitora a corrente enviada a máquina. – MALHA
FECHADA.
 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 e
rapidez 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 sua
fase, fazendo utilização de "vetores espaciais", cujas projeções são as
variáveis trifásicas.
 Modelo obtido é similar ao das máquinas de C.C. e, portanto, de fácil
controle
Controle Vetorial – Tipos Principais
 Com encoder (sensor)
Controle Vetorial – Tipos Principais
 Encoders:
- Transdutores de movimento capazes de
converter movimentos lineares ou
angulares em informações elétricas.
- Programa converte as informações
passadas em algo que possa ser
entendido como distância, velocidade,
etc.
Encoders
 Disco de vidro estampado
 Encoder absoluto
Controle Vetorial – Tipos Principais
 Sensorless
 Precisão na regulação de velocidade é inferior se comparado a do
controle vetorial normal, com limitações ainda maiores em
baixíssimas 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 de
processamento, quando comparado ao controle escalar.
 Necessitam da programação de todos os parâmetros do motor como,
resistências elétricas, indutâncias, correntes nominais do rotor e
estator.
 Alguns inversores dispõem de sistemas de ajustes automáticos
também conhecidos como "Auto-tunning", não sendo necessário a
pesquisa 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 normalização
quanto aos valores limites
de tensão e corrente, no
entanto
as
normas
consideram o aumento
das perdas do motor
devido ao uso de inversor
Exercícios de Fixação
 Qual a importância de se manter a relação V/Hz constante e qual a implicação em
variar uma grandeza enquanto a outra se mantém constante?
 Em uma aplicação rural, um motor trifásico, 2 pólos, é alimentado por uma rede
monofásica, 220V, 60Hz. Sua velocidade varia de 0-3528 rpm quando a tensão fasefase varia de 0 a 127 V. Utilizando um bloco retificador monofásico de onda
completa e um inversor trifásico, deseja-se alimentar o MIT de modo a obter uma
velocidade de 2000 rpm. Determine o ângulo de disparo do retificador e a
modulação em amplitude que satisfaçam à condição desejada. Considere que entre
o motor e o inversor existe um filtro que elimina todos os harmônicos e atribui
ganho unitário à componente fundamental. Considere ainda que o retificador
entregará uma tensão DC de 100V para o inversor.
Referências Bibliográficas
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Leandro. – Ilha Solteira : [s.n.], 2006
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Pós-graduação em Engenharia Elétrica
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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”: comparativo
com 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”