Aula 3 Controle de Velocidade Motor CC
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- Maria do Pilar Cunha Valverde
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1 AULA Universidde 3 Controle Federl de Mto Velocidde Grosso do Sul Motor CC 1 Acionmento Eletrônico de Motores Aul 3 Controle de Velocidde Motor CC Engenhri Elétric UFMS/FAENG Cmpo Grnde MS Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
2 Velocidde Motor CC 2 Regulção de velocidde V E R. I K.. L di. dt E Em regime permnente: V R. I K. Núcleo Não-Sturdo: V R if. I if Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
3 Regulção de velocidde Velocidde Motor CC 3 A máquin CC pode ser controld por 3 vriáveis: Resistênci de rmdur: R ensão de rmdur: V Fluxo no entreferro (ϕ) (Corrente de cmpo: If) V R K.. I Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
4 Regulção de velocidde Velocidde Motor CC 4 Resistênci de rmdur: R Como resistênci própri d máquin é muito pequen, pr tornr o efeito d qued de tensão n resistênci dominnte, resistores externos podem ser conectdos em série com rmdur. Neste cso, velocidde pode ser controld chvendo os resistores e lterndo os vlores de cordo com tensão opercionl. Entretnto potênci dissipd nestes resistores externos lev o sistem um bix eficiênci, portnto, pouco utilizdo. Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
5 Regulção de velocidde Corrente de cmpo: If Velocidde Motor CC 5 No controle pel corrente de cmpo, tensão plicd n rmdur é mntid constnte. Assim, velocidde é representd pel equção: Enfrquecendo o cmpo, velocidde pode ser elevd. Controle de velocidde pelo cmpo NÃO é dequdo pr velociddes bixo d velocidde nominl. N velocide nominl, corrente é projetd pr seu vlor nominl e densidde de fluxo é escolhid pr trblhr próximo o joelho d curv de sturção. O que contece ser invertermos polridde d tensão plicd no enrolmento de cmpo? 1 i f Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
6 Regulção de velocidde Corrente de cmpo: If Velocidde Motor CC 6 Note que pr diminuir velocidde bixo d nominl é preciso AUMENAR o fluxo. Contudo, como máquin foi projetd pr trblhr no joelho d curv, umentr corrente de cmpo (fluxo) fri com que máquin opersse n região de sturção. Portnto, este método não é dequdo pr controle de bixs velociddes. Ponto de projeto (pr If nominl) Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
7 Velocidde Motor CC Função de trnsf. pr controle de posição prtir do cmpo Corrente de cmpo: If Circuito de cmpo: di Vf Rf. i f Lf. f dt Equção do torque: m m K.. i K '. i f. i m m m crg L trito Resistenteno eixo cel B. J d dt 7 V (s) 1 I f f (s) R s. f L f K ' m (s) 1 (s) B J. s 1 s (s) ( s) V ( s) f s K ' s. s B J J. s BL. s R R f f K ' J. L f s L (s) f L f Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
8 Regulção de velocidde ensão de rmdur: V Velocidde Motor CC 8 Neste modo, corrente de cmpo é mntid constnte. Assim velocidde é representd por: Assim, vrindo tensão plicd n rmdur, velocidde é lterd. O controle pel tensão d rmdur é limitd pel mgnitude d tensão de limentção disponível e pelos limites de isolção dos enrolmentos. Se tensão for vrid do zero té o vlor nominl, então velocidde pode ser controld do zero té o vlor nominl. Portnto, o controle pel rmdur é idel pr velociddes bixo d velocidde nominl. O que contece ser invertermos polridde d tensão de rmdur? V R. i Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
9 Regulção de velocidde ensão de rmdur: V Velocidde Motor CC 9 em como vntgem o controle d mgnitude d corrente de rmdur A respost é bem rápid (determind pel constnte de tempo d rmdur) Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
10 Regulção de velocidde Velocidde Motor CC 10 Combinção dos métodos nteriores: P, Potênci P orque Controle pel rmdur ω bse Controle pelo cmpo ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
11 Velocidde Motor CC Curv torque-velocidde Excitção independente 11 Pr um tensão de entrd fix, velocidde do motor diminui à medid que plicmos crg. Sem crg no eixo ( vzio), o motor funcion à velocidde indicd como No lod speed (NLS), velocidde mis rápid possível pr quel tensão. Qundo o eixo é totlmente crregdo ponto de bloquer o rotor, velocidde é zero e o motor está produzindo o seu torque de bloqueio stll torque (S), o torque máximo possível. K. V R Stll orque NLS V K ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
12 Velocidde Motor CC 12 Controle pel resistênci R K. V R S R Rext2 > Rext R+Rext R+Rext2 V K NLS Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
13 Velocidde Motor CC 13 Controle pel resistênci R S R S R+Rext orque crg orque crg ω1 NLS ω ω2 ω1 NLS ω Qunts velociddes podem ser obtids? Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
14 Velocidde Motor CC 14 Controle pelo cmpo K. V R ɸ1 ɸnominl ɸ1 > ɸnom > ɸ2 ɸ2 V K ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
15 Velocidde Motor CC 15 Controle pelo cmpo ɸnominl ɸenfrquecido orque crg orque crg ω1 ω ω1 ω2 ω orque crg Problem do enfrquecimento de cmpo: perd de torque ɸenfrquecido ω3 ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
16 Controle pel tensão de rmdur Velocidde Motor CC 16 K. V R S V V > V2 > V3 V2 V3 V K NLS ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
17 Controle pel tensão de rmdur Velocidde Motor CC 17 S V (nominl) S V2 orque crg orque crg ω1 NLS ω ω2 ω1 NLS ω Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
18 Velocidde Motor CC 18 écnics de controle pr obter tensão CC vriável prtir de um tensão de entrd fix Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
19 Velocidde Motor CC 19 DC drive trdicionl Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
20 Acionmentos CC - opologis Velocidde Motor CC 20 Controle tensão de rmdur V Acionmentos monofásicos Acionmentos trifásicos Acionmentos por choppers Retificdor Controldo Monofásico Retificdor Controldo rifásico Retificdor Não-Controldo Chopper Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
21 Acionmentos Eletrônicos Velocidde Motor CC 21 ACIONAMENOS CORRENE CONÍNUA CORRENE ALERNADA MOOR CC EXCIAÇÃO SEPARADA MOOR DE INDUÇÃO CONROLE POR FASE CHOPPER INVERSOR CONROLE ESCALAR CONROLE VEORIAL Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
22 Retificdores - Estruturs Velocidde Motor CC 22 REIFICADORES MONOFÁSICO RIFÁSICO MEIA ONDA ONDA COMPLEA CONROLADO NÃO CONROLADO SEMICONROLADO SIMÉRICO ASSIMÉRICO Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
23 Critérios seleção conversor Velocidde Motor CC 23 Conversores eletrônicos são o estágio de potênci pr cionmentos velocidde vriável. A escolh do conversor pr um plicção em prticulr depende de lguns ftores, como: Custo; Alimentção disponível (monofásic, trifásic, brrmento CC); Hrmônicos; Ftor de potênci; Ruído; empo de respost; Acionmento reversível ou não; Frengem regenertiv ou dissiptiv Robustez Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
24 Frengem Velocidde Motor CC 24 Aplicções com prtids e prds (como em robótic): Prd: 1) Cortr tensão de limentção e esperr o rotor chegr à velocidde zero 2) Fzer máquin operr como gerdor; trnsferindo energi cinétic pr fonte e levndo à velocidde zero rpidmente Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
25 Operção em 4 qudrntes motor CC Velocidde Motor CC 25 A velocidde no motor CC em regime permnente é determind pel tensão plicd Podemos fzer o motor funcionr qulquer velocidde em qulquer sentido simplesmente plicndo mgnitude e polridde proprid d tensão d rmdur O conjugdo é diretmente proporcionl à corrente de rmdur qul, por su vez, depende d diferenç entre tensão plicd V e fcem E gerd. Podemos fzer que máquin desenvolv conjugdo positivo (motor) ou conjugdo negtivo (gerdor) simplesmente controlndo extensão em que tensão plicd é mior ou menor que fcem. Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
26 Operção em 4 qudrntes motor CC Velocidde Motor CC 26 um máquin c.c. controld pel tensão d rmdur é cpz de o que é conhecido como operção nos qutro qudrntes, em referênci os qudrntes numerdos do plno conjugdo-velocidde i V fcem ( E) K R Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
27 Operção em 4 qudrntes motor CC Velocidde Motor CC 27 Qundo máquin está operndo como motor e funcionndo em sentido direto, el se encontr operndo no qudrnte 1. A tensão plicd VA é positiv e mior que fcem E e, portnto, corrente positiv ingress o motor... A potênci puxd d fonte é positiv neste qudrnte e o motor desempenh ção motor... Se, com o motor funcionndo n posição A, reduzimos repentinmente tensão d fonte pr um vlor VB inferior o vlor d fcem, corrente (e, portnto o conjugdo) inverterá seu sentido, mudndo o ponto de operção pr B (qudrnte 2). Não pode hver um mudnç repentin de velocidde então fcem permnecerá mesm durnte um certo tempo... Agor potênci é fornecid d máquin pr fonte, isto é, máquin ge como gerdor... É importnte notr que tudo o que foi preciso fzer pr efetur est inversão de fluxo de potênci foi um modest redução d tensão plicd à máquin Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
28 Operção em 4 qudrntes motor CC Velocidde Motor CC 28 Porém, o motor não irá permnecer no ponto B se ele for deixdo por cont própri. O efeito combindo do conjugdo d crg e do conjugdo negtivo d máquin frá velocidde cir, de modo que fcem novmente cirá bixo d tensão plicd VB... corrente e o conjugdo tornr-se-ão novmente positivos e o motor retornrá o primeiro qudrnte num velocidde menor correspondente à nov (menor) tensão d fonte... Se desejrmos operr continumente n posição B, mquin terá de ser ciond por um fonte de energi mecânic. Discussões similres se plicm qundo o motor funcion em revers (isto é, V é negtivo). Ação motor contece no qudrnte 3 (ponto C) com breves excursões no qudrnte 4 (ponto D, compnhd por frengem regenertiv) um exemplo de frengem regenertiv e contece nturlmente cd vez que reduzimos tensão com o propósito de diminuir velocidde. Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
29 Operção em 4 qudrntes motor CC Velocidde Motor CC 29 Operção Qudrnte Velocidde orque Potênci Motor direto Gerdor direto Motor reverso Gerdor reverso Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
30 Crcterístic do conversor Velocidde Motor CC 30 ω (velocidde) Proporcionl à tensão de limentção rmdur (torque) Proporcionl à corrente de rmdur Operção Qudrnte Velocidde orque ensão Corrente Potênci Motor direto Gerdor direto Motor reverso Gerdor reverso Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
31 Velocidde Motor CC 31 ACIONAMENOS MONOFÁSICOS CA CC vriável Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
32 Velocidde Motor CC 32 Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
33 Retificdor monofásico mei ond Velocidde Motor CC 33 Acionmentos com conversores monofásicos de mei-ond; ensão médi síd: V V m cos Vm = tensão máxim n entrd (Vs); α = ângulo de dispro Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
34 Velocidde Motor CC Retificdor monofásico ponte semicontrold (mist) 34 Acionmentos com conversores monofásicos semicontroldos; ensão médi síd: V V m. 1 0 cos Vm = tensão máxim n entrd (Vs); α = ângulo de dispro Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
35 Retificdor monofásico ponte complet Velocidde Motor CC 35 Acionmentos com conversores monofásicos controldos; (ond complet) ensão médi: V 2. V m 0.cos Vm = tensão máxim n entrd (Vs); α = ângulo de dispro Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
36 velocidde do motor CC 36 Acionmento monofásico Gerlmente pr motores n fix de 10kW, ou menor Como os tiristores só conduzem corrente em um sentido, mbos são unidirecionis em corrente. Com ponte complet é possível obter tensão em mbos sentidos. Em cionmentos onde o controle do cmpo é necessário, o circuito de cmpo tmbém é limentdo por um retificdor controldo, cso contrário, é empregdo o retificdor não controldo. Acionmentos Eletrônicos de Motores 2015
37 Ângulo de condução velocidde do motor CC 37 Acionmentos Eletrônicos de Motores 2015
38 Ponte Mist velocidde do motor CC 38 Acionmentos Eletrônicos de Motores 2015
39 Exemplo Velocidde Motor CC 39 Um motor CC com excitção seprd possui um torque de crg constnte de 60Nm. O motor é ciondo por um retificdor monofásico de ond complet conectdo um fonte de limentção de 240Vc. A constnte de cmpo do motor K.If = 2.5 e resistênci de rmdur é 2Ω. Clcule o ngulo de dispro pr o motor operr 200rpm. Assum que corrente de cmpo é constnte. V V E 2V 2V m. cos R. I E K.. K. I. m.cos K. I 1 f R.. I K. I. f. I I K. I f f 2V m.cos R. K. I f. K. I f. cos 1. R.. K. I. 2. f Vm K. I f cos º Acionmentos Eletrônicos de Motores 2016
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