CONTROLE VETORIAL DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO APLICADO EM SISTEMAS DE POSICIONAMENTO

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1 Unedade Fedeal da Paaíba Cento de Tecnoloa PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - Metado - Doutoado CONTROLE VETORIAL DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO APLICADO EM SISTEMAS DE POSICIONAMENTO Po Amanda Guea de Aaújo Detação de Metado apeentada à Unedade Fedeal da Paaíba paa obtenção do au de Mete João Peoa Paaíba aoto, 011

2 AMANDA GUERRA DE ARAÚJO CONTROLE VETORIAL DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO APLICADO EM SISTEMAS DE POSICIONAMENTO Detação apeentada ao cuo de Pó-Gaduação em Enenhaa Mecânca da Unedade Fedeal da Paaíba, em cumpmento à exênca paa obtenção do Gau de Mete. Oentado: Pof. D. Iaac Soae de Feta João Peoa - Paaíba aoto, 011

3 A663c Aaújo, Amanda Guea de. Contole etoal de um moto de ndução tfáco aplcado em tema de poconamento / Amanda Guea de Aaújo.- João Peoa, f. : l. Oentado: Iaac Soae de Feta Detação (Metado) UFPB/CT 1. Enenhaa Mecânca..Contole de poção. 3.Contole etoal. 4. Moto de ndução. 5.Poceado Dtal de Sna (DSP). UFPB/BC CDU: 61(043)

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5 DEDICATÓRIA Dedco ete tabalho e eta conquta ao meu pa, Antono e Alete, pelo apoo em todo o momento e ncento contante ao meu cecmento peoal e pofonal.

6 AGRADECIMENTOS Aadeço pmeamente a Deu pela aúde e foça paa upea o obtáculo. Ao meu oentado, pofeo Iaac Soae de Feta pela atenção, apoo e conhecmento adqudo. Ao meu pa, pelo amo, exemplo de da e efoço contante em aant a melho fomação poíel paa mm. A Danlo, que me deu muta foça e ânmo paa conclu ete tabalho. Ao meu amo companheo de laboatóo, Alexande Patck pela ajuda e pacênca duante o deenolmento do tabalho. Ao meu amo Paulo Céa e Calo Albeto pela enome ajuda duante o cumpmento da dcplna. A Àtla, Fláo e Jao pela montaem da bancada de expemental utlzada e Altem e Pedo pelo últmo ajute. Ao pofeoe da dcplna cumpda, pelo áldo conhecmento ecebdo. Ao dema amo que contbuíam deta ou ndetamente paa execução dete tabalho. À CAPES pelo upote fnanceo.

7 CONTROLE VETORIAL DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO APLICADO EM SISTEMAS DE POSICIONAMENTO RESUMO Ete tabalho conte no deenolmento de um tema de contole de poção de um moto de ndução tfáco paa tema de poconamento, utlzando a técnca de contole etoal em quadatua com o fluxo otóco. Váa aplcaçõe e utlzam dete contole, como obô manpuladoe paa máquna de pntua e oldaem, mea de coodenada e poconadoe de um modo eal. Po muto tempo a máquna ma utlzada nete tema ea a de coente contínua pela ua mplcdade de contole, até que foam deenolda e apmoada a técnca etoa, e aanço nfcato na eletônca de potênca pemtndo um aconamento de alto deempenho e meno cuto utlzando máquna de coente altenada. Paa mplementa o aconamento com elocdade aáel, a máquna aíncona dee e almentada ataé de uma fonte de tenão tfáca de fequênca e ampltude aáe, fonte eta que é obtda po meo de coneoe etátco. O coneo empeado nete tabalho utlza a confuação com tê baço, cada um contendo dua chae com dpao e bloqueo contolado, endo um baço paa cada fae do moto. Um poceado dtal de na (DSP) fo utlzado paa ecebe o na de tenão, coente, poção e ea a modulação po laua de pulo (PWM). Palaa chae: contole de poção, contole etoal, moto de ndução e DSP.

8 VECTOR CONTROL OF A THREE-PHASE INDUCTION MOTOR APPLIED TO POSITIONING SYSTEMS ABSTRACT Th wok cont of deelopn a ytem fo poton contol of a thee phae nducton moto fo potonn ytem, un the technque of ectoal contol n quadatue wth the oto flux. Seeal applcaton make ue of th contol, uch a obot manpulato fo weldn and pantn machne, table and potone coodnate n eneal. Fo a lon tme the machne mot ued n thee ytem wa the DC fo t mplcty of contol, untl the ecto technque wee deeloped and mpoed, and nfcant adance n the powe electonc allown a de hh pefomance and lowe cot un AC machne. To mplement the de wth aable peed the aynchonou machne hould be poweed fom a thee-phae oltae ouce wth aable fequency and ampltude, th ouce obtaned by tatc conete. The conete employed n th wok ue the confuaton wth thee am, each contann two key wth contolled te and block, wth one am fo each moto phae. A dtal nal poceo (DSP) wa ued to ecee nal of oltae, cuent, poton and eneate the pule wdth modulaton (PWM). Keywod: poton contol, ectoal contol, nducton moto and DSP.

9 x SUMÁRIO CAPÍTULO I 1 INTRODUÇÃO GERAL MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO...4 CAPÍTULO II...6 SISTEMA DE ACIONAMENTO COM MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA INTRODUÇÃO...6. MODELO DA MÁQUINA DE INDUÇÃO Repeentação complexa dq da máquna de ndução tfáca ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DA MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA Contole em quadatua com o fluxo otóco SISTEMA DE ACIONAMENTO Ineo tfáco Etatéa de Contole po Laua de Pulo (PWM) CONCLUSÃO CAPÍTULO III... 0 SISTEMA DE CONTROLE DE POSIÇÃO INTRODUÇÃO MODELO PARA PROJETO DOS CONTROLADORES CONTROLE Equação utlzada paa contole do fluxo Cálculo do ecoeamento Equação utlzada paa contole do toque PROJETO DOS CONTROLADORES Contolado de coente Contolado de coente e elocdade... 3

10 x Contolado de elocdade e poção utlzando contolado popoconal puo Contolado de elocdade e poção utlzando contolado PD CONCLUSÃO CAPÍTULO IV RESULTADOS DE SIMULAÇÃO INTRODUÇÃO IDENTIFICAÇÃO DOS PARÂMETROS ELÉTRICOS Enao ealzado no moto de ndução SIMULAÇÃO DO CONTROLE DE POSIÇÃO Paâmeto utlzado paa mulação Reultado de mulação CONCLUSÕES CAPÍTULO V RESULTADOS EXPERIMENTAIS INTRODUÇÃO DESCRIÇÃO DO HARDWARE Poceado Dtal de Sna (DSP) embacado Condconamento e Aqução da coente e tenõe de fae RESULTADOS EXPERIMENTAIS Gáfco de epota do tema CONCLUSÕES CAPÍTULO VI CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS APÊNDICE A A.1 EQUAÇÕES GERAIS DAS MÁQUINAS TRIFÁSICAS A. REPRESENTAÇÃO odq DA MÁQUINA A.REPRESENTAÇÃO COMPLEXA OU VETORIALdq... 85

11 x LISTA DE FIGURAS Fua.1 Confuação báca do neoe de fequênca com dodo em antpaalelo Fua. Ineo tfáco de ponte completa Fua.3 Sna de efeênca paa um coneo CA/CA tfáco Fua.4 Snal tanula Fua.5 Snal de aída do modulado Fua.6 Repeentação do tempo moto no áfco de tenão da chae Fua 3.1 Malha de contole de conjuado... 1 Fua 3. Malha de contole de elocdade com malha ntena de conjuado... 1 Fua 3.3 Malha de contole de poção com malha ntena de contole de elocdade e conjuado... Fua 3.4 Daama de bloco utlzado paa pojeto do contoladoe Fua 3.5 Lua da aíze utlzado paa pojeto do contolado de elocdade do tpo PI Fua 3.6 Lua da aíze utlzado paa pojeto do contolado de poção do tpo PI Fua 3.7 Lua da aíze utlzado paa pojeto do contolado de poção do tpo PI... 4 Fua 4.1 Repeentação do ccuto no enao em azo Fua 4. Repeentação do ccuto no enao em oto bloqueado Fua 4.3 Daama de bloco do contole completo Fua 4.4 Smulação paa uma efeênca de 10 ad: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente Fua 4.5 Smulação paa uma efeênca de 30 ad: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente... 51

12 x Fua 4.6 Smulação paa uma efeênca eno: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente... 5 Fua 4.7 Smulação paa uma efeênca coeno: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente Fua 5.1 Hadwae montado paa o aconamento do moto Fua 5. Equemátco do hadwae do tema expemental Fua 5.3 Ineo montado com módulo da Semkon Fua 5.4 Foto do de SKHI 3/1 (R) da Semkon Fua 5.5 Bancada com moto de ndução acoplado ao encode Fua 5.6 Encode ncemental utlzado paa medção da poção Fua 5.7 Kt de deenolmento ezdp TM F8335com placa de poteção Fua 5.8 Daama equemátco do ccuto tanduto e condconado de coente 6 Fua 5.9 Daama equemátco do ccuto tanduto e condconado de tenão Fua 5.10 Reultado expemental pequeno pao: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente Fua 5.11 Reultado expemental ande alo de poção: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente d de coente, (d) Componente q de coente Fua 5.1 Reultado expemental efeênca ampa: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente q de coente Fua 5.13 Reultado expemental efeênca enodal: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente q de coente Fua 5.14 Reultado expemental com efeênca enodal - contolado PD: (a) Poção, (b) Velocdade, (c) Componente q de coente... 69

13 x LISTA DE TABELAS Tabela 4.1 Valoe da etênca etatóca do moto Tabela 4. Valoe obtdo no enao em azo Tabela 4.3 Valoe obtdo no enao com oto bloqueado... 47

14 x LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS PWM Pule Wdth Modulaton (Modulação po Laua de Pulo) CC Coente Contínua CA Coente Altenada DSP Dtal Snal Poceo MIT Moto de Indução Tfáco A/D Analóco-Dtal FTMA Função de tanfeênca em malha abeta FTMF Função de tanfeênca em malha fechada IGBT - Inulated Gate Bpola Tanto (Tanto Bpola de Pota Iolada) θ m - Ânulo mecânco θ - Ânulo elétco F - coefcente de atto coo (N.m.) C e - conjuado eletomanétco (N.m) C m - conjuado etente ou de caa (N.m) J - momento de néca (k.m ) R - etênca etatóca (Ω) R - etênca otóca (Ω) l - ndutânca cíclca etatóca (H) l - ndutânca cíclca otóca (H) l m - ndutânca cíclca mútua (H) P - númeo de pae de pólo - fequênca de otação do efeencal abtáo (ad/) - fequênca de otação do oto (ad/)

15 x - fequênca de otação do eto tenão etatóca (ad/) - fequênca de otação do eto coente etatóca (ad/) a - fequênca de otação do eto fluxo etatóco (ad/) b - fequênca de otação do eto fluxo otóco (ad/) b - fequênca de ecoeamento do eto fluxo otóco (ad/) - poção anula do efeencal abtáo - poção anula do exo manétco do oto - poção anula do eto tenão etatóca - poção anula do eto coente etatóca a - poção anula do eto fluxo etatóco b - poção anula do eto fluxo otóco - eto tenão etatóca com efeencal enéco - eto tenão etatóca com efeencal enéco - eto coente etatóca com efeencal enéco - eto coente otóca com efeencal enéco λ - eto fluxo etatóco com efeencal enéco λ - eto fluxo otóco com efeencal enéco - módulo do fluxo etatóco (Wb) - módulo do fluxo otóco (Wb) - módulo da coente etatóca (Wb) - módulo da coente otóca (Wb) - coefcente de dpeão da máquna 0 N - dfeença de tenão do ntemedáo da fonte 0 paa o neuto da máquna 10, 0, 30 - tenõe de pólo, 1, - tenõe de fae no temna da caa tfáca 3 E - tenão contínua de entada ou baamento CC - contante de tempo otóca

16 1 CAPÍTULO I INTRODUÇÃO GERAL 1.1 MOTIVAÇÕES E OBJETIVOS O eto ndutal pode e taduzdo como um ambente onde etão peente númeo tema e poceo que deem funcona de foma efcente, ápda e confáel, com o objeto de eta depedíco de matéa pma ou poduto defetuoo, bucando anda a dmnução de cuto paa ampla a compettdade no mecado. No cao de poceo opeado manualmente, exte a necedade de conhecmento e expeênca po pate do opeado, cao contáo a chance de falha humana, queba do equpamento e dano fíco podem aumenta. Paa eta eta tuaçõe a automação do poceo nduta tem e deenoldo de foma expea, unndo a eletônca e mecânca paa olucona quetõe, eja cando noo tema ou deenolendo equpamento que e adaptem à máquna já peente na lnha de podução. O tema poconadoe ão do ma cotdano como letoe de CD e DVD, máquna fotoáfca e flmadoa, até o ma complexo aplcado em telecópo, aeonae e obô manpuladoe utlzado em cua à dtânca. Indutalmente, ete tema ão utlzado em poceo de pntua, unaem, oldaem, ente outo, que exem alta pecão no momento, apdez e euança. São poíe áa altenata de atuadoe aplcado no contole de poção, endo comum o aconamento po meo de dpoto hdáulco, pneumátco ou de motoe elétco, deendo a ecolha e feta a pat de fatoe técnco e fnanceo.

17 A mea de coodenada XY ão máquna utlzada em muta aplcaçõe na áea ndutal como em máquna de feaem, oldaem, fuadea, ente outo. Sua pncpal deantaem ede no fato de que o coeto poconamento da peça a e tabalhada depende excluamente da habldade e da expeênca do opeado. Nete cao, a auênca de um opeado expeente compomete decamente a podutdade, uma ez que a expeênca no manueo da mea é de fundamental mpotânca paa a boa execução da taefa a e ealzada. Como altenata à mea de poconamento manual, têm-e uma ande aedade de etutua aconada po motoe elétco. Nete cao, ão utlzado motoe de pao, de coente contínua, de ndução e íncono (XAVIER, 008). Na ocedade modena ndutal o motoe elétco pouem um mpotante papel e etão peente em deo etoe, dede a pópa ndúta, acultua e coméco, ente outo. Tal déa é confmada ao e obea que ele utlzam quae 50% de toda enea conumda no mundo (MORENO et al., 1997). A máquna de coente contínua (CC) apeenta caacteítca dnâmca e de opeação batante faoáe paa a ealzação de aconamento elétco à elocdade aáel, po pouem ampla faxa de contole de elocdade, toque e poção, além de contaem com método de contole ma baato, ealzado po meo da aação da tenão ou etênca de amadua ou de campo. Po pobltaem a utlzação de um modelo lneazado, a aplcação de motoe CC paa tema de contole de poção fo pedomnante duante década. Entetanto, po pou aluma lmtaçõe contuta, pncpalmente a extênca do comutado mecânco de coente, que aumenta a necedade de manutenção e caua faícamento, tona o moto de CC não ndcado paa o uo em atmofea peoa. A pefeênca é po máquna de coente altenada (CA), que dpenam ee tpo de comutado, ão de 0% a 40% ma lee que o motoe CC equalente, contutamente ma mple e obuto, tem meno cuto e necetam de manutenção mínma. Com elação ao aconamento e contole da elocdade, houe uma nfcata edução do cuto do aconamento CA, aça ao deenolmento da eletônca de potênca que pobltou o apmoamento da chae eletônca paa dea tenõe de bloqueo, coente de condução e fequênca de comutação, deenolmento do mcopoceadoe, em epecal o DSP (poceado dtal de na) e mcocontoladoe capaze de deenole aplcaçõe em tempo eal, tanfomando-o

18 3 em pefeênca paa uma ée de aplcaçõe onde o contole da elocdade eja neceáo (SALERNO, 003). Váa pequa etão endo deenolda nee contexto, como: o etudo de um alotmo paa contole de um tema multfunconal aconado po eomecanmo que aante poconamento em dua coodenada de uma upefíce plana de dtalzação (GELEŽEVIUS, BLAŽIŨNAS, 006); utlzação de DSP paa aconamento de um tema CA de ndução obuto paa contole de momento com alto deempenho (TZOU, 1996); contole ntelente do aconamento de um moto lnea paa almentação de feamenta em uma máquna CNC (XIAO et al, 008), ente outo. Dente o tabalho de poconamento enconta-e o aconamento de foma automátca de uma mea de coodenada XY almentada po motoe de ndução tfáco ataé de lóca fuzzy paa acompanhamento de tajetóa (JULIO, 010) e a mplementação dete tema utlzando ede neua, deenoldo po SOBRINHO (011). No entanto, a anále da máquna de coente altenada é complexa, po exe o etudo de um tema multaáel, fotemente acoplado e não lnea, obeando a condeaçõe do modelamento dnâmco completo. O pmeo aconamento eam do tpo ecala, baeado em modelo de eme pemanente e na aação da fequênca aplcada ao moto, ataé da manutenção da elação tenão/fequênca (V/F) em um alo contante, objetando mante contante o fluxo do etato, eultando em faco deempenho dnâmco. Paa deenole tema de aconamento de alto deempenho, tem do netada etatéa de contole que aantam o deacoplamento ente o contole do fluxo e do conjuado. Ete deacoplamento pode e coneudo ataé do etudo do modelo da máquna e de abodaen dta etoa (JACOBINA, 005). Com o deenolmento de neoe de potênca com opeação em alta fequênca de chaeamento, juntamente com o dpoto de poceamento de na cada ez ma eloze e de mao capacdade de poceamento (DSP, mcocontoladoe), o contole po oentação de campo, além de e tona objeto de áo etudo, ecebeu um ande mpulo na ua utlzação paa aconamento nduta (HERNÁNDEZ, 1999). O aconamento utlzam uma fonte tfáca de fequênca e ampltude aáe, com caacteítca ma póxma poíe de uma fonte tfáca enodal. A etutua da

19 4 fonte etatóca ma laamente empeada no aconamento é dada po um neo tfáco que utlza chae com abetua e fechamento comandado (tantoe bpolae, bt, etc), nal de comando utlzando técnca PWM, aqução de aáe, contole e comando do tema de aconamento, ealzado po um mcocomputado dotado de placa dedcada com coneoe A/D e tempozadoe poamáe. O tema de aconamento padão em CA é conttuído po um etfcado de entada, um banco de capactoe paa fonece o baamento CC, um neo da fonte de tenão, uma máquna elétca e um tema de contole baeado em um mcocomputado. O contole utlzado nete tabalho fo deenoldo ataé do etudo de malha de contole extente na lteatua e popondo uma malha ncando pelo pojeto do contolado de coente, em euda de elocdade e cheando po fm, ao contole de poção do moto de ndução tfáco. 1. ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO A etutua eal dete tabalho é decta no paáafo a eu: Na ntodução é apeentada a mpotânca do coeto poconamento da dfeente máquna em ambente ndutal, bem como a jutfcata da utlzação de motoe de coente altenada como altenata ao poconamento manual, ua dfculdade nca de aplcação e oluçõe atualmente empeada. No eundo capítulo é abodado o tema de aconamento da máquna. Incando com o modelo odq da máquna de ndução tfáca, paando paa a etatéa de contole extente, cheando ao contole em quadatua com o fluxo otóco que eá empeado nete etudo e po fm o modelo do coneo utlzado. O tema eponáel pelo contole da poção etá decto no teceo capítulo, contando com o eu modelo completo e em euda todo o pojeto do contoladoe de coente, elocdade e poção. O quato capítulo apeenta o pocedmento paa dentfcação da máquna utlzada no etudo, de foma a obte o paâmeto neceáo à mulação do pojeto e o eultado obtdo ataé deta.

20 5 O qunto capítulo conta com uma decção do potótpo expemental utlzado, nclundo a máquna, o coneo e eu ccuto de aconamento, enoe e o DSP. O eultado obtdo expementalmente ão apeentado em euda. A concluõe ea da detação e popota paa tabalho futuo eão comentada no exto e últmo capítulo, euda pela efeênca e apêndce contendo o modelamento da máquna e ua tanfomada de aáe.

21 6 CAPÍTULO II SISTEMA DE ACIONAMENTO COM MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA.1 INTRODUÇÃO O moto de ndução tfáco (MIT) é a máquna elétca ma utlzada no eto ndutal uma ez que pou obutez de opeação, baxo cuto de aqução e manutenção quando compaada a outo tpo de máquna, o que atfaz a atua necedade do poceo poduto. Em opoção à ua obutez, é de conttução extemamente mple, em epecal a máquna com oto em aola de equlo, dedo ao apoetamento do pncípo da ndução eletomanétca. Nete capítulo é apeentado o modelamento matemátco da máquna de ndução, o modelo paa contole deta e o modelo de coneo utlzado, ete conceto eão a bae paa o aconamento do moto.. MODELO DA MÁQUINA DE INDUÇÃO O objeto da modelaem de um poceo é alcança um equaconamento matemátco que e apoxme do eu compotamento eal. A foma ma ooa de epeenta matematcamente uma máquna de coente altenada é ataé da utlzação da equaçõe dfeenca. Ete tpo de modelamento tonou-e uma feamenta muto

22 7 peca e confáel paa a aalação da aaçõe da tenõe, coente, fluxo concatenado, conjuado eletomanétco e poção anula. A máquna tfáca, tendo em ta a anále dnâmca de eu deempenho elétco, podem e epeentada de manea dtnta: o modelo tfáco é epeentado ataé de e enolamento, onde tê ão centado no exo manétco da fae do etato, e outo tê ão centado no exo manétco da fae do oto. De foma mplfcada, no modelo bfáco (odq) o moto é epeentado ataé de quato enolamento, onde tanto o do etato como do oto, ão poto ao pae obe exo manétco hpotétco otoona ente. Nete tpo de anále, e o tema fo equlbado ou em conexão com o neuto, a denomnada fae o eá elmnada, eultando num tema de dua coodenada (dq). Contudo, o melhoe aanço com elação ao eotema de coente altenada foam obtdo com o uo de aáe complexa, no chamado modelo etoal. Eta técnca é defnda com bae no modelo bfáco (odq), poém mpondo-e que ete plano confua um plano complexo, com um exo eal e outo manáo (LLERENA, 006). A mulação do deempenho da máquna tfáca, a pncípo, pode e ealzada po qualque um do modelo anteoe ndtntamente, po ele ão equalente ente. Contudo, o momento elato ente etato e oto faz com que o acoplamento manétco ente eu ccuto, one coefcente aáe com o tempo na equaçõe dfeenca não lneae, que compõem o modelo tfáco...1 Repeentação complexa dq da máquna de ndução tfáca A máquna tfáca pode e epeentada po um modelo ma mple que o tfáco conenconal utlzando-e de uma tanfomação de aáe. Ta aáe dq podem anda eem epeentada como etoe no plano dq onde a pate eal e manáa coepondem à ua coodenada cateana (JACOBINA, 005). Obtendo então a eunte expeõe: λ l l (.1) m λ l l (.) m

23 8 dλ R jλ (.3) dt dλ 0 R dt j λ - (.4) lm ce Pen( a ) P en( b ) (.5) l Onde: - etoe de tenão etatóca λ - etoe de fluxo etatóco λ - etoe de fluxo otóco c e - conjuado eletomanétco O detalhamento de tal modelo etá contdo no apêndce paa eentua conulta..3 ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DA MÁQUINA DE INDUÇÃO TRIFÁSICA A máquna de coente contínua (CC) ão batante utlzada paa aconamento po pouíem caacteítca contuta que fazem com que o exo aocado ao conjuado e ao fluxo ejam deacoplado, pemtndo o aconamento ataé do contole da coente de amadua. Na máquna de coente altenada (CA), ete deacoplamento não exte, tonando a nteaçõe dnâmca batante complexa. A pat deta poblemátca, áo equema de contole foam popoto baeado em modelo de eme pemanente da máquna de CA, poém nenhum dele e compaaa ao deempenho dnâmco da máquna de CC. Suam então etudo utlzando uma noa metodoloa apoada no modelo etoal da máquna de coente altenada. BLASCHKE (197) utlzando-e de conceto matemátco coneuu fomula uma teoa eal paa o compotamento dnâmco da máquna de ndução e como deacopla a

24 9 planta de contole, contolando a coente do etato epeentada po um eto e leando o compotamento dnâmco da máquna CA o ma póxmo poíel ao de uma máquna de CC, ma ete modelo é complexo e não-lnea. Quando o pmeo mcocontoladoe dta tonaam-e aceíe, a funçõe complexa neceáa ao contole pudeam e mplementada, leando ao deenolmento da técnca de aconamento da máquna de CA (STEINDORFF, 003). Ete tpo de contole baea-e em pojeçõe que tanfomam um tema tfáco em um tema compoto po dua coodenada, ou eja, tanfomando o modelo da máquna de ndução em um modelo mla ao de coente contínua, alcançando o deacoplamento ente o contolado de fluxo e o de toque, tonando o contole ma efcaz e mplfcado tanto paa alta quanto baxa otaçõe. Um do método de contole etoal ma utlzado paa aconamento CA de alto deempenho, é o contole etoal po oentação de fluxo (LEONHARD, 1985). Ete enconta-e fundamentado no conhecmento da poção epacal do eto fluxo paa o qual e deeja a oentação, ou eja, fluxo de entefeo, de etato ou de oto, podendo e clafcada anda em deta ou ndeta (LORENZ, 1994). O contoladoe etoa pouem a necedade do conhecmento do alo exato da mantude e poção do campo ante, o que ca a exênca do uo de enoe de fluxo colocado no nteo da máquna (contole deto), nablzando ua utlzação em detemnado tema, eja pela dfculdade de aceo, já que necetaam de modfcaçõe na ua etutua paa a adaptação e/ou pelo alto cuto do enoe. Uma foma de contona eta lmtaçõe conte na utlzação de etmadoe de fluxo baeado no modelo etoal da máquna (contole ndeto). No cao de oentação ndeta no fluxo do oto, a elocdade de otação utlzada é medda po meo de um encode e é feta a etmação da contante de tempo elétca do oto e da fequênca anula de ecoeamento, eta endo feta a pat da coente do etato no tema íncono. Ete método é de mple mplementação, pou deacoplamento ente a componente do fluxo do oto, fazendo com que o moto de ndução alcance um deempenho ual ou upeo ao moto de coente contínua. Po outo lado, pou uma ande enbldade à aação do paâmeto elétco da máquna, em epecal a contante de tempo elétca do oto, endo eta ua pncpal deantaem. Dede que a coente e a elocdade de otação ejam medda com boa

25 10 exatdão, uma ez que ão entada do tema de contole, o deempenho do tema fca eníel apena à aação da contante de tempo elétca do oto. O paâmeto do moto de ndução aam pncpalmente com a tempeatua e o níel de fluxo no entefeo. O fenômeno que poocam eta aação ão a tempeatua e o efeto pelcula que fazem aa a etênca do etato e do oto e a atuação manétca que afeta a ndutânca mútua e pópa do moto. Na oentação deta podem e utlzada bobna auxlae ou a medda da andeza temna do moto, ealmente a tenõe e coente do etato. Tem como antaem ua obutez, uma ez que a poção do fluxo é detemnada a pat da tenõe e coente medda, ao contáo do método ndeto, onde é utlzado um alo etmado do ecoeamento. A complexdade de opeação a baxa elocdade de otação é ua deantaem, uma ez que neta eão, a foça contaeletomotz apeenta mantude compaáe à queda de tenão na etênca do etato, além da dfculdade eultante do poceo de nteação do na em baxa fequênca (HERNÁNDEZ, 1999). O conjuado eletomanétco pode e contolado po meo da fequênca de ecoeamento da aáel ecolhda paa excta a máquna (contole po ecoeamento), ou pela componente de uma eunda aáel (aáel de conjuado) em quadatua com a aáel de exctação (contole em quadatua). O contole po quadatua é emnentemente do tpo etoal e utlza nomalmente contoladoe no efeencal do fluxo a e contolado, já a etatéa de contole po ecoeamento pode e mplementada também na foma ecala e o efeencal paa mplementação do contoladoe pode e qualque um (JACOBINA, 005). Modelo epeentado em coodenada de campo do etato e do entefeo ão peco e pemtem a etmação de fluxo e da elocdade de otação mecânca utlzando a letua da coente e tenõe do enolamento da máquna, ma exem um ande efoço computaconal dedo ao eleado númeo de equaçõe peente nele. Já a ecolha do eto no fluxo do oto lea a uma epeentação ataé de númeo eduzdo de equaçõe em peda nfcata de exatdão, necetando apena da coente de fae do etato e da elocdade de otação mecânca (SANTISTEBAN, 001). Analando eta caacteítca, o contole ecolhdo paa ete tabalho fo do tpo em quadatua com o fluxo otóco e ua defnção etá apeentada a eu. Já o dema tpo de contole, em cao de conulta, ão faclmente encontado na lteatua atual.

26 Contole em quadatua com o fluxo otóco A ecolha do efeencal no fluxo otóco (b) mplca em: b b, loo, b, cheando ao eunte modelo da máquna: b b b dλ b R jbλ dt (.6) b dλ 0 R j( b ) λ dt (.7) λ l l (.8) b b b m λ l l (.9) b b m b 1 lm b λ (.10) l l b b lm Ce Plm Im( ) Pen( a ) P en( b ) (.11) l Sepaando a equaçõe na componente d e q, tem-e, paa a tenõe do etato: b b d( d j ) b b b b q b b ( d jq ) R ( d jq ) jb ( d jq ) (.1) dt d (.13) dt b b b d b d Rd bq d (.14) dt b b b q b q Rq bd Tenõe no oto: b b d 0 R ( d jq ) jb λ (.15) dt

27 1 b d 0 Rd (.16) dt b 0 R λ (.17) q b Paa o fluxo: ( b j b ) l ( b j b ) l ( b j b ) (.18) d q d q m d q l l (.19) b b b d d m d l l (.0) b b b q q m q b b b b l ( ) l ( j ) (.1) m d q d q l l (.) b b m d d b b b lm b 0 lmq lq q q (.3) l Ataé da Eq. (.16) é poíel pecebe que o fluxo do oto é defndo pela componente d ( b d ): d dt b R (.4) d E a coente b d po ua ez é defnda ataé da Eq. (.): 1 lm b (.5) l l b d d Deando a Eq. (.5) e ubttundo em (.4), tem-e: d l d (.6) dt l l dt b b d b m d d

28 13 Potanto, o fluxo do oto é mpoto pela coente b d que é defnda completamente po b d. Po outo lado, ataé da Eq. (.17) nota-e que o ecoeamento, conequentemente o toque, depende de b q e eta é defnda ataé de b q confome a Eq.(.3). Tal compotamento caacteza o deacoplamento no contole do fluxo face ao contole do conjuado..4 SISTEMA DE ACIONAMENTO Ineoe de fequênca ão utlzado em aplcaçõe que necetam de uma tenão enodal com ampltude e fequênca ajutáe, am como ocoe no aconamento de máquna elétca de coente altenada, que epeenta uma ande pate de ua aplcaçõe e cujo etudo contbuem nfcatamente paa o aanço da confuaçõe e contole do neo. A eu é apeentado, de foma eumda, o funconamento do neo e a caacteítca ea da modulação po laua de pulo, uma ez que ete conhecmento ão neceáo paa o entendmento eal do tabalho, emboa não eja o objeto epecífco dete e qualque nfomação além da decta podem e encontada na lteatua..4.1 Ineo tfáco O coneoe etátco ou neoe pouem a taefa de adequa a potênca elétca dponíel paa outa foma etáel deejada, utlzando etatéa de comando paa abetua e fechamento de ua chae emcondutoa de potênca, ão capaze de elea ou abaxa um detemnado níel de tenão ou coente contínua, tanfoma uma tenão altenada em contínua ou uma tenão contínua em altenada com a ampltude e fequênca deejada. Podem também opea em modo de tenão ou coente. No modo de tenão, a aáel é a tenão de aída e o neo opea como uma fonte de tenão. No modo coente, a aáel de contole é a coente de aída e o coneo opea como uma fonte de coente equalente.

29 14 O neo tpo fonte de tenão é capaz de conete uma tenão de CC de entada em uma tenão de CA de aída, endo a tenão de entada poenente de um ccuto etfcado (coneo CA/CC), de uma batea ou de um coneo CC/CC. O elemento báco que compõem ete ccuto ão apeentado na fua 3.1 e paa ua anále, a tenão contínua de entada ou baamento de CC, é apeentada apena po uma fonte de CC com tenão contante E, ndependente de qual fo ua oem. Do capactoe de memo alo ão conectado confome lutado e ddem a tenão do baamento ualmente ente o ponto upeo e nfeo e o ponto cental o. A chae q a e q b conectada em ée fomam o comumente chamado po baço do neo, endo epeentada po dpoto fctíco de dpao e bloqueo contolado e undecona em coente. Paa aant a paaem em ambo o entdo da coente, é adconado um dodo em antpaalelo com cada chae, confome epeentado na F..1. Fua.1 Confuação báca do neoe de fequênca com dodo em antpaalelo. A tenão de aída enodal com, ampltude e fequênca ajutáe, objetada ao utlza o neo, é alcançada comandando apopadamente o etado de bloqueo e condução da chae que fomam o baço do neo, de modo que a tenão de pólo (ente o ponto a e o ponto o) tenha o padão enodal deejado. A confuação do neo de fequênca ma utlzada na almentação de caa tfáca, ou eja, paa o aconamento de máquna tfáca, tema nnteupto de tenão, flto ato etc., conte num aanjo com tê baço, denomnado neo de ponte completa, epeentado na F...

30 15 Fua. Ineo tfáco de ponte completa Na F.. é epeentado o tema compoto de uma fonte contínua de almentação, um neo tfáco de tenão e a máquna aíncona, lada em Y com neuto não ntelado. A fonte de tenão contínua é obtda pela etfcação e fltaem do tema tfáco de almentação (380V, 60Hz), na qual é defndo um ponto ntemedáo utlzado paa efeencal de tenão, ponto 0. O neo tfáco é compoto po e chae, q 1, q, q 3, q 4, q 5, q 6 e eu epecto dodo, tendo a chae q 4, q 5, q 6 funconamento complementa à q 1, q, q 3, epectamente. Atbundo aloe bnáo à chae, endo qk 0 chae abeta ou qk 1chae fechada, tem-e que q 4 1 q 1, q5 1 q e q6 1 q3. A confuação da chae á defn a tenõe que eão aplcada à caa, uma ez que eta podem aum aloe bnáo (apena 0 ou 1), com oto combnaçõe poíe: 0, 0, 0 q 0, q 0, q 1 q 0, q 1, q 0 q 0, q 1, q 1 q q q , 0, 0 q 1, q 0, q 1 q 1, q 1, q 0 q 1, q 1, q 1 q q q A tenõe de fae no temna da caa tfáca ão dada po: (.7) N (.8) 0 0N (.9) N

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