Controlo de Motores Eléctricos

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1 Contolo de otoe Eléctico Gil aque Feveeio 6

2 II

3 Pefácio Ete texto eultou de um efoço feito na leccionação da diciplina de Contolo de Accionamento Electomecânico no ano lectivo de 996/97. ai tade, no ano lectivo de 998/99 e poteiomente em 5/6 foam emendado algun eo e intoduzido algun aunto novo. Apeentam-e o pincipai itema electomecânico de velocidade ajutável em peocupaçõe de exautão. É feita a decição da ua componente, dado o pincípio de funcionamento e obtido algun eultado de imulação. Paa tal apeenta-e a decição do pogama ealizado em anexo a cada capítulo. Ete pogama detinam-e a eem executado em ambiente atab/simulink. Recomenda-e ao leito a ua utilização paa a melho compeenão da matéia. A expeiência do uo dete pogama no enino tem ido muito encoajadoa. O leitoe que aceitaem envia-me a ua cítica e ugetõe teão dede já o meu agadecimento. Feveeio de 6 III

4 IV

5 Índice Nomenclatua... XIII Capítulo... Intodução ao Sitema Electomecânico de Velocidade Ajutável... Intodução... áquina eléctica mai utilizada em accionamento electomecânico... Intodução... áquina de coente contínua... Contolo da máquina de excitação epaada...4 áquina Síncona...8 áquina Síncona de ímane pemanente... áquina íncona de elutância...3 áquina de indução...4 Conveoe eléctico paa accionamento... Intodução... Conveoe DC/DC... Conveoe AC/DC... Conveoe AC-DC-AC...3 Conveão com cicuito intemediáio em coente contínua...3 Conveão com cicuito intemediáio em tenão contínua...6 Conveoe AC AC diecto...7 igação ente a máquina e a caga... 8 Concluão... 3 Capítulo O Sitema Wad-eonad Etático Intodução Contituição Dimenionamento do componente de potência Tanfomado e ectificado...35 Bobina de aliamento...37

6 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Caacteítica do itema de comando... 4 Compotamento em egime tanitóio Compotamento paa pequena petubaçõe...45 Compotamento dinâmico paa gande vaiaçõe...47 Equema equivalente do conveo de coente Cadeia de contolo de coente intena Diagama de bloco do itema com egulação de coente intena...49 Síntee do contolado de coente intena...5 Compotamento da cadeia de egulação de coente paa gande vaiaçõe...55 Influência da ondulação da tenão...57 Influência da foça electomotiz intena no compotamento do egulado de coente...59 Síntee da cadeia de egulação de velocidade... 6 Deteminação da componente popocional...6 Deteminação da componente integal...6 Repota do itema ao ecalão da velocidade de efeência Concluão Anexo A cap: Simulação numéica do Sitema Wad-eonad etático. odelo wl.mdl Capítulo Accionamento baeado na áquina Síncona Intodução áquina íncona alimentada po conveo de coente Intodução...74 Decição da etutua do conveo e caacteítica do itema...74 Pincípio de funcionamento...77 Aanque Síncono...8 Rendimento...83 Reacçõe obe a ede...83 Influência da Hamónica na máquina...84 Peda uplementae...85 Bináio ocilatóio...87 Excitação da máquina...88 Domínio de aplicação do itema...88 áquina íncona de ímane pemanente alimentada com inveo de tenão Intodução...94

7 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Contituição e funcionamento...94 Compotamento dinâmico...96 oto Síncono Alimentado po Cicloconveo Intodução...99 Etutua e funcionamento... oto... Conveo... odo de comando do Conveo... étodo de egulação... Contolo po oientação de campo com modelo de fluxo etático...3 Contolo po oientação de campo com modelo de fluxo dinâmico...5 Comando com ecuo a eno de poição...8 Comando em eno de poição...8 Efeito obe a ede...9 ANEXO A cap3: Simulação da máquina Síncona alimentada com conveo de coente... 3 odelo da máquina íncona com coente impota no etato....3 áquina Síncona alimentada com conveo de coente...7 ANEXO B cap3: Simulação da máquina íncona de ímane pemanente com contolo de coente e alimentada com inveo de tenão Anexo C cap3: Simulação da máquina íncona alimentada com cicloconveo.... Capítulo áquina de indução em cadeia abeta alimentada com inveo... 7 Intodução... 7 áquina de indução em cadeia abeta alimentada com inveo de tenão... 8 Intodução...8 Etudo do compotamento da máquina em vazio...3 Foma de onda da máquina de indução com caga nominal...35 Cálculo da hamónica de coente atavé de equema equivalente...37 Hamónica no bináio electomagnético...39 Redução de hamónica de coente e de bináio com a utilização de técnica de modulação de lagua de impulo....4 áquina de indução alimentada com inveo de coente áquina de indução com coente egulada Anexo A cap4: odelo da máquina de indução alimentada em coente... 5

8 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Anexo B cap4: Pogama de imulação da máquina de indução alimentada com o inveo de tenão em cadeia abeta Anexo C cap4: Pogama de imulação da máquina de indução alimentada com o inveo de coente em cadeia abeta Anexo D cap4: Pogama de imulação da máquina de indução alimentada com o inveo de tenão contolado em coente Capítulo étodo Ecalae de Contolo da áquina de Indução Contolo V/f... 6 Intodução...6 Fundamento do método...6 Equema de bae...63 Influência da eitência do etato e da caga na caacteítica V/f...63 Reultado...64 Compotamento na egião de enfaquecimento do fluxo...66 Contolo ecala de bináio... 7 Pincípio...7 Equema de bae...7 Reultado...7 Contolo da aociação Inveo de coente áquina aíncona com ecuo à fequência de ecoegamento e ao valo de amplitude de coente. étodo I -ω Pincípio e equema de bae...73 Reultado...74 Anexo A cap5: Decição do bloco uado na imulação Capítulo Pincípio de oientação de campo Intodução Contolo po oientação de campo do oto... 8 Implementação de itema baeado no contolo po oientação de campo do oto. 85 Contolo diecto...85 Equema de bae...85 Deteminação do paâmeto do eguladoe...86 Compotamento dinâmico...87 Contolo indiecto...88

9 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Compotamento dinâmico...89 Influência do paâmeto...9 Contolo po oientação de campo do etato... 9 Contolo diecto...9 Contolo indiecto po oientação de campo...94 Compotamento dinâmico...94 imitaçõe do SFOC...95 Contolo po oientação de campo do entefeo Contolo diecto...98 Contolo indiecto...99 Compaação do váio método... Alimentação com tenão contolada... 3 Contolo diecto po oientação de campo...3 Concluão... 7 ANEXO A cap6: Simulação de máquina de indução contolada com itema baeado no pincípio de oientação de campo... 8 Contolo diecto po oientação de campo do oto....8 Contolo indiecto po oientação de campo do oto....8 Contolo po oientação do etato e do entefeo....9 Capítulo Contolo Diecto do Fluxo e do Bináio... 3 Intodução... 3 Conceito Fundamentai... 4 Vaiação do fluxo do etato e do bináio... 7 Vaiação do fluxo no plano de Agand...7 Vaiação do bináio...8 Citéio de elecção do vectoe de tenão... Efeito da lagua de Hiteee...3 Efeito da lagua de hiteee no contolado do fluxo...3 Utilização do fluxo do oto como comando de entada...4 Diect Self Contol... 6 Concluão Anexo A cap7: Simulação da máquina de indução contolada com o método do contolo diecto do fluxo e do bináio... 34

10 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Capítulo Apecto da Realização Pática do Contolo da áquina Eléctica Intodução Deteminação do fluxo do oto atavé de onda de efeito Hall colocada no entefeo Deteminação do bináio a pati do fluxo e ca coente do etato Deteminação do fluxo atavé de epia colocada no etato Implementação pática de um integado puo... 4 Etimado elementa - odelo de tenõe... 4 Etimado elementa - odelo que utiliza coente do etato e velocidade de otação Etimado baeado no modelo de coente e poição do oto Obevadoe de fluxo em cadeia fechada Concluão Anexo A cap8: odelo de imulação... 5 Capítulo Contolo de accionamento em a utilização de enoe mecânico Etudo de cao Intodução étodo baeado na fequência de ecoegamento A. Cálculo da fequência de ecoegamento a pati da potência que atavea o entefeo...54 B. Calculo da fequência de ecoegamento a pati da defaagem ente a tenão e a coente...55 Etimação da velocidade utilizando a equaçõe de etado A. étodo de R.Joetten and G. aede...56 B. étodo da etimação de coente do etato que poduz o bináio...59 C. Etimado da velocidade em cadeia abeta...6 RAS Sitema adaptativo de modelo de efeência... 6 A. RAS com bae no fluxo do oto (Tajima and Hoi)...6 B. RAS baeado na f.e.m. do oto (Peng and Fukao)...65 C. Segundo modelo de Peng e Fukao Etimação de velocidade utilizando ede neuonai... 67

11 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Intodução...67 A. Algoitmo de Back-popagation...69 B. Algoitmo de gadiente conjugado...69 C. étodo do mínimo quadado...7 Conideaçõe de odem pática...7 Sitema baeado num obevado de odem completa. Obevado uenbege... 7 Etimação da gandeza da áquina íncona de ímane pemanente utilizando um filto de Kalman Intodução...75 Decição do algoitmo e ua implementação:...75 Simulação do EKF em cadeia fechada...78 Etimação da gandeza da máquina de indução utilizando um filto de Kalman... 8 Intodução...8 odelo no efeencial do etato (ω R = )...8 O odelo Amotado...83 Reultado obtido...84 Reultado com a hipótee de inécia infinita e contolo de velocidade V/f...84 Análie em imulação do itema contolado...9 Análie do eultado de imulação...9 Anexo A cap9: odelo atab Abondanti.mdl Anexo B cap9: odelo atab Joetten.mdl Anexo C cap9: Pogama Tajima.mdl Anexo D cap9: Pogama SpeednnOBS.mdl Anexo E cap9: Pogama uenbege.mdl Anexo F cap9: itagem do EKF paa a máquina íncona de ímane pemanente.. 98 Anexo final : odelo da áquina de Indução com difeente vaiávei de etado... 3 A. odelo da áquina de indução com fluxo do etato e fluxo do oto... 3 B. odelo da máquina de indução com coente do etato e coente do oto... 3 C. odelo da máquina de indução com coente do etato e fluxo do oto... 3 D. odelo da máquina de indução com coente do etato e fluxo do etato Anexo final : odelo de etado da máquina de indução em valoe po unidade. 35 Intodução... 35

12 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Definição do valoe de bae e nova notaçõe...35 Adaptação da equaçõe do moto ao valoe po unidade Bibliogafia... 3 ivo... 3 Atigo... 3

13 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Nomenclatua E - Foça electomotiz f a, f b, f c - Funçõe auxiliae no inveo de tenão G a, G b, G c - Sinai de comando do inveo de tenão H - Contante de inécia da máquina Síncona H - agua de hiteee do compaado de janela i a - Coente no induzido I an - Coente nominal do induzido i AV - valo médio da coente i d, i q Coente no efeencial de Pak i f - Coente de excitação I N - Coente nominal J - omento de inécia total J c - omento de inécia da caga J m - omento de inécia do moto K cm - Ganho de um ectificado ente o inal de comando e a tenão de aída K m - Relação ente o bináio e a coente numa máquina de coente contínua K p, K i - Ganho do egulado PI K h - Coeficiente de elaticidade de um acoplamento elático k T = Contante de bináio - coeficiente de indução genealizado a - Coeficiente de indução do cicuito do induzido cc Coeficiente de auto-indução de uma máquina de indução em cc d, q Coeficiente de auto-indução egundo o eixo d e q dc - Coeficiente de auto indução no cicuito de coente contínua f - Coeficiente de indução do cicuito de excitação i - coeficiente de indução equivalente inteno de um ectificado σ = l / Coeficiente de dipeão do fluxo do oto l = - Coeficiente de indução do equema equivalente em Γ invetido, - Coeficiente de indução cíclico da máquina de indução

14 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável - Coeficiente de indução mútua cíclico da máquina de indução. c - Bináio de caga df - Coeficiente de indução mútua ente o enolamento d e f da máquina íncona em - Bináio electomagnético N - Bináio nominal ef ou * em - Bináio de efeência N N - Velocidade nominal em otaçõe po minuto N ef - Velocidade de efeência em otaçõe po minuto p - índice de pulação dum ectificado p - númeo de pae de pólo p - d/dt p - Potência intantânea P N - Potência nominal a - Reitência do cicuito do induzido R dc - Reitência do cicuito de coente contínua f - Reitência do cicuito de excitação R i - Reitência equivalente intena de um ectificado Reitência do equema equivalente em Γ invetido R R - Reitência do equema equivalente em Γ eitência do oto R RR Reitência do equema equivalente em Γ invetido Reitência do etato - Ecoegamento - Opeado da tanfomação de aplace S - Potência apaente eléctica T cm - Tempo de atao etatítico num ectificado T n, T i - Contante de tempo do egulado PI T p - Pequena contante de tempo u a - Tenão no induzido U an - Tenão nominal do induzido u AV - valo médio da tenão u c - Tenão de comando u d, u q Tenõe no efeencial de Pak U dc - Tenão no cicuito de coente contínua

15 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável u f - Tenão aplicada ao cicuito de excitação U N - Tenão nominal X b - Valoe de bae num itema pe unit x Reactância ub-tanitóia δ Ângulo de potência da máquina íncona δ ψ Ângulo ente o vectoe epaciai que epeentam ψ e ψ ε - ângulo de dipao de um ectificado ε agua de hiteee vaiável no DSC θ - Poição do oto ρ Poição do vecto epacial que epeenta o fluxo do oto σ facto de dipeão σ = l / τ = cc /R τ = / Contante de tempo do oto ω - fequência angula ω m - Velocidade de otação em ad/ ω fequência de ecoegamento ω R - Velocidade angula do efeencial de Pak ω - fequência de alimentação do etato ψ d, ψ q fluxo no efeencial de Pak ψ fo - fluxo no etato povocado po ímane pemanente ψ m fluxo cíclico pincipal (de entefeo) ψ, ψ fluxo cíclico ligado com etato e oto ψ p, ψ p Valoe de pico do fluxo cíclico de fae ligado com etato e oto ψ f - fluxo no etato povocado pelo enolamento do oto na máquina íncona ω R = ω R -pω m Símbolo em índice etato oto e, m entefeo b bae

16 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Símbolo em expoente * - Valo de efeência ~ - Vecto epacial ^ - Valo etimado Tal como é elativamente comum na liteatua deta epecialidade ua-e a mema nomenclatua paa deigna a vaiávei e a ua tanfomaçõe de aplace em daí eulta gande confuão. Nete cao na equaçõe apaece a vaiável

17 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Capítulo Intodução ao Sitema Electomecânico de Velocidade Ajutável Intodução Nete capítulo dá-e uma vião global do itema electomecânico de velocidade ajutável que eão etudado no capítulo eguinte. Petende-e que o leito fique com uma vião global da genealidade dete itema, da ua contituição, de quai a ua vantagen e inconveniente e de alguma da ua aplicaçõe. O detalhe do contolo eão abodado no capítulo dedicado a cada um do accionamento que e etudaão poteiomente. Como não é poível aboda todo o accionamento, dado o eu elevado númeo, abodam-e apena o mai ignificativo do ponto de vita de aplicaçõe e de concepção. O accionamento electomecânico de velocidade ajutável ão ealizado com aociaçõe de máquina eléctica e de conveoe de enegia eléctica que ão ealizado com elemento de electónica de potência. Nete capítulo, na póxima ecção, decevem-e e elembam-e a pincipai caacteítica da pincipai máquina eléctica utilizada no accionamento. Na ecção eguinte decevem-e o pincipai conveoe eléctico que e utilizam paa alimenta eta máquina eléctica. O condicionalimo da máquina e do conveoe deveão e conideado em conjunto de modo a pode obte-e um accionamento com bon deempenho. Po fim, na última ecção, deceve-e o modelo dinâmico do acoplamento elático ente a

18 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável máquina e a caga mecânica. Com eta ecção petende chama-e a atenção paa poblema que podeão ugi em accionamento eai eultante da não igidez aboluta do mateiai. Ete é um aunto que não é tatado no livo deta epecialidade e que é, nomalmente, do domínio do engenheio mecânico. Paa a ilutação dete apecto foi deenvolvido um pequeno pogama em ambiente atab que e deignou po dinamicadoveio.mdl e que e deceve no fim dete capítulo. áquina eléctica mai utilizada em accionamento electomecânico Intodução São numeoo o tipo de máquina eléctica utilizada em accionamento. Neta ecção elembam-e apena a contituição, o modelo dinâmico e a pincipai caacteítica da máquina mai impotante do ponto de vita da aplicaçõe e do ponto de vita da concepção. áquina de coente contínua Contituição A figua. apeenta um cote equemático de uma máquina de coente contínua de contução cláica. Tal como a outa máquina eléctica otativa, a máquina de coente contínua é contituída po dua pate pincipai:. Uma pate fixa, o etato, no qual e enconta implantado o cicuito de excitação detinado à ciação do fluxo induto.. Uma pate móvel, deignada po oto, que contém dua peça eenciai: o enolamento do induzido onde e pocea a conveão de enegia mecânica em eléctica e vice-vea, e o colecto que contitui um conveo mecânico de "coente altenada-coente contínua" ou vice-vea. Ente o etato e o oto enconta-e uma pate de a que o epaa: o entefeo. Aim, ão peça contituinte do etato (ve figua.): - A Cacaça (), que upota a máquina e que também eve paa a ciculação do fluxo induto.

19 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 3 - O pólo indutoe (), ou pólo pincipai, que juntamente com o enolamento de excitação (3) ciam o fluxo magnético induto pincipal (o eu númeo é epeentado po p). - O pólo auxiliae ou de comutação (4). - O enolamento de comutação (5). - O enolamento de compenação (6), detinado a eduzi o fluxo magnético povocado pela coente que ciculam enolamento do oto Figua.: Cote equemático de uma máquina de coente contínua. São peça contitutiva do oto: - O núcleo do oto (7). Tem a foma cilíndica e é anhuado no entido do eixo. - O enolamento do induzido (8). São colocado na anhua do núcleo do oto. - O colecto. É contituído po lâmina de cobe iolada uma da outa e colocada na diecção do veio. São ainda pate contitutiva, o olamento, a ecova e pota ecova, o ventiladoe, etc. odelo dinâmico da máquina de coente contínua Utiliza-e paa etudo de tanitóio deta máquina o modelo que eulta do conceito de máquina de coente contínua ideal. Ete modelo é taduzido pela equaçõe difeenciai (ve nomenclatua) [4], [8], [], [], [4], [8], [3]:

20 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 4 u a u f = i a a dω J dt = m f i f a di = i f a dt i f a di f dt i f ω m (.) Na máquina de excitação epaada, onde a coente de excitação i f é contante, ete modelo eduz-e a dua equaçõe difeenciai lineae. Quando, em accionamento de velocidade ajutável, e opta po utiliza a máquina de coente contínua ão a máquina de excitação epaada a mai utilizada. Recentemente começaam a e utilizada máquina com ímane pemanente ubtituindo o enolamento de excitação. Paa ete cao o modelo matemático é emelhante ao da máquina de excitação epaada. c Caacteítica mai impotante Em egime pemanente, na ituação de excitação epaada, a máquina de coente contínua tem caacteítica epeentada po linha ecta. O bináio electomagnético é popocional à coente do induzido e a velocidade é apoximadamente contante endo ligeiamente dececente com a coente do induzido. A elação ente a velocidade de otação e o bináio de caga é também uma ecta em que a velocidade é apoximadamente contante, ma ligeiamente dececente com o bináio de caga. Eta caacteítica encontam-e ilutada na figua.. em N No em N Ia Ia Figua.: Caacteítica de um moto de excitação em deivação. Contolo da máquina de excitação epaada A caacteítica epeentada na figua. ão válida na condição de tenão de alimentação u a contante. Eta caacteítica motam que a máquina de excitação epaada é uma máquina de velocidade apoximadamente contante, ito é, a velocidade

21 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 5 vaia pouco com o aumento ou a diminuição da caga mecânica. A velocidade pode e ajutada ecoendo à vaiação da condiçõe de alimentação ou da alteação do eu paâmeto. Com efeito, a pati da equaçõe. pode deduzi-e em egime pemanente: u i a a a ω m = (.) i f A equação. enconta-e epeentada gaficamente na figua.3. Deta equação pode conclui-e que a velocidade de otação de uma máquina de coente contínua pode e ajutada actuando na tenão aplicada ao induzido u a, na coente de excitação i f e no valo da eitência do induzido a. O último cao pode e ealizado colocando uma eitência exteio em éie com o induzido. Ete tipo de contolo deigna-e po contolo eotático e foi lagamente utilizado no paado (ainda hoje é utilizado em intalaçõe antiga). Tem o inconveniente do elevado conumo de enegia e ete facto tonou-e impeditivo a pati da cie enegética do ano 7. Geado ω m oto ua u a u a3 u a5 = u a4 u a6 I a 3 4 u a7 u a8 oto Geado u a9 u a >u a > >u a9 Figua.3: Velocidade de otação em função da tenão de alimentação e da coente abovida. Na ituação nomal, uma vez que o temo a i a é elativamente pequeno quando compaado com a tenão u a, a vaiação da velocidade deta máquina pode e ealizada actuando na tenão de alimentação e na coente de excitação. Aim, a máquina pode

22 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 6 e alimentada po dua fonte de enegia, uma alimentando o induto e outa alimentando o induzido. A utilização deta dua fonte não é feita de uma foma abitáia. Com efeito, exitem tê zona ditinta de actuação paa o contolo de velocidade. Eta eultam do facto da gandeza, tenão, coente ou fluxo não podeem ultapaa valoe máximo etabelecido no dimenionamento da máquina e do dipoitivo de Electónica de Potência. De eguida decevem-e a zona de exploação da máquina. A figua.4 iluta eta 3 zona de exploação da máquina de coente contínua. a) Zona de bináio máximo utilizável. Neta zona, que coeponde a velocidade baixa, o fluxo de excitação é mantido contante. A velocidade é contolada actuando na tenão ua e po coneguinte na fonte que alimenta o induzido. Sendo a coente de excitação contante, a velocidade é apoximadamente popocional à tenão ua. Ia máx N o N o 3N o N φ N o N o 3N o N U a Zona de Bináio áximo N o N o Zona de potência máxima 3N o N Figua.4: Zona de egulação de velocidade.

23 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 7 Como o fluxo e enconta no valo máximo e a coente do induzido (que depende da caga mecânica) pode atingi o valo máximo (nomalmente o eu valo nominal), o bináio máximo (que depende do poduto do fluxo φ e da coente do induzido ia) etá diponível, ito é, pode e utilizada cao eja neceáio. Po ua vez, a potência da máquina (a da entada no induzido ou a de aída no veio), é meno do que a potência nominal poi a máquina enconta-e alimentada com uma tenão mai baixa do que a tenão nominal. A potência depende da velocidade que e deeja poi eta detemina a tenão que e tem de aplica ao induzido. b) Zona de potência máxima utilizável ou de enfaquecimento do campo. No poceo anteio, à medida que e vai aumentando a velocidade, vai-e aumentando também a tenão aplicada ao induzido. Quando a tenão do induzido atingi o valo máximo admiível, a velocidade não podeá continua a e aumentada po ete poceo. A tenão do induzido teia de ultapaa o valo máximo paa o qual a máquina foi contuída. Na zona de enfaquecimento do campo mantém-e a tenão no induzido contante e no eu valo máximo. A velocidade é ajutada diminuindo-e o fluxo de excitação. A potência nominal da máquina etá agoa diponível, poi a coente pode atingi o valo máximo e a tenão de alimentação é empe igual ao valo máximo. O bináio diponível etá agoa limitado pela limitação do fluxo de excitação. c) Zona de funcionamento éie. Quando a velocidade fo muito elevada, da odem de 3N o [3], o fluxo de excitação eá muito baixo e ugem poblema de comutação a coente elevada devido à eacção magnética do induzido povoca uma defomação na ditibuição da tenão na lâmina do colecto. A pati dee valo, 3N o apoximadamente, a coente no induzido não podeá atingi o eu valo máximo. Suge aim uma teceia zona de exploação da máquina. Neta zona a coente máxima do induzido vai e popocional à coente do induzido. Deigna-e eta zona po zona de funcionamento éie. No cao da máquina de indução ceto autoe conideam que também exite eta teceia zona de exploação. Contudo ela é devida a azõe difeente. A zona de enfaquecimento do campo na máquina de indução é ealizada mantendo a tenão contante e aumentando a fequência de alimentação. Veifica-e que à medida que e

24 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 8 obe a velocidade neta zona, a fequência de ecoegamento vai aumentando até atingi a fequência de ecoegamento cítica a que coeponde o bináio máximo. Neta ituação é neceáio limita a fequência de ecoegamento e daí ugi a teceia zona de exploação. Como ete poblema aamente ocoe na pática, e é muito pouco efeido na liteatua, vamo ignoá-lo nete texto que conideamo intodutóio. Na máquina de ímane pemanente, como não é poível diminui o fluxo de excitação, apena etá diponível a zona de bináio máximo. Reumindo tem-e: Na zona de bináio máximo o fluxo é contante e a velocidade é egulada actuando na tenão de alimentação. A vaiação da tenão com a velocidade é uma ecta poi eta dua gandeza ão popocionai. A potência da máquina fica eduzida popocionalmente ao valo de que e eduziu a tenão ou a velocidade. Na zona de potência máxima a tenão do induzido é mantida no eu valo máximo e a velocidade é egulada actuando no fluxo de excitação φ. Obtém-e um andamento hipebólico poi a velocidade é inveamente popocional ao fluxo de excitação. Eta dua zona de vaiação de velocidade eultam do facto de exitiem valoe máximo que não podem e ultapaado. Ete eultado veificam-e também de foma emelhante no outo tipo de accionamento onde ão utilizado outa máquina eléctica. áquina Síncona A máquina íncona cláica ão utilizada em itema de velocidade ajutável de gande potência. Paa itema de pequena potência utilizam-e a ua vaiante que eultam do uo de ímane pemanente no cicuito de excitação, a máquina de ímane pemanente, e do apoveitamento do efeito de elutância magnética, a máquina íncona de elutância. Contituição da máquina íncona O etato da máquina íncona é contituído po um núcleo magnético de mateial feomagnético em foma de um tambo no inteio do qual e encontam cava onde e enconta intalado um enolamento polifáico, nomalmente tifáico. Ete enolamento contituí o induzido da máquina. O enolamento do induto enconta-e intalado no oto que pode e de pólo lio ou de pólo aliente e é alimentado em

25 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 9 coente contínua. Nomalmente exitem também no oto enolamento amotecedoe que ão ealizado com condutoe em cuto-cicuito. a c b θ b f c a Figua.5: Contituição da máquina íncona (pólo aliente). Tal como a outa máquina, eta pode e contuída com um númeo de pae de pólo adaptado à velocidade de otação que e deeje. odelo matemático da máquina íncona O modelo matemático da máquina íncona utiliza gandeza medida num efeencial em movimento íncono com o oto. A tanfomação da gandeza do etato paa ete efeencial é ealizada atavé de uma mudança de vaiávei, a chamada tanfomação de Pak [], [8], [8], [], [36]. Eta tanfomação é dada po: x x x a b c coθ = coθ 3 coθ3 enθ enθ enθ 3 x x x d q (.3) π 4π Onde θ = θ e θ3 = θ. 3 3 O ângulo θ é o ângulo da tanfomação, e na máquina íncona, ete ângulo coincide com o ângulo que epeenta a poição angula do oto medido em adiano eléctico. A tanfomação de Pak é uma tanfomação de identidade endo a ua invea dada pela matiz tanpota. Nete tabalho utilizam-e empe tanfomaçõe

26 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável unitáia que têm a popiedade de mante a potência invaiante na tanfomação. Paa a implementação do itema de contolo utilizando DSP é vulga também a utilização da tanfomação Standad que não é de potência invaiante, ma cuja gandeza de fae ão mai fácei de obte a pati de medida. No novo efeencial, o modelo da máquina íncona é dado pela equaçõe difeenciai [], [4], [8], [], [4], [6], [8]: u u d q dψ d = id ω Rψ q dt dψ q = iq ω Rψ d dt dψ f u f = f i f dt (.4) A vaiável ω R é a velocidade do efeencial. Na máquina íncona eta velocidade coeponde à velocidade eléctica de otação da máquina (ω R =pω m ). A elação ente o fluxo e a coente é dada po uma matiz de coeficiente de indução. No cao em que não exitam enolamento amotecedoe, tem-e: ψ d d = ψ f ψ = i q q q i f i d f (.5) Exite deacoplamento magnético ente o conjunto de vaiávei de índice d, f e a vaiávei de índice q. O bináio electomagnético pode eceve-e em temo do fluxo ligado do etato e da epectiva coente atavé de: em ( ψ i ψ i ) = p d q q d (.6) Caacteítica mai impotante da máquina íncona Em egime pemanente exite uma elação fixa ente a velocidade de otação e a fequência de alimentação. Enquanto a máquina e enconta em inconimo, ito é, enquanto o bináio de caga fo infeio a um deteminado valo cítico, em egime pemanente, a velocidade não ofe qualque vaiação enquanto a fequência e mantive contante. Foa dete velocidade eta máquina não pode funciona em egime pemanente. Tem-e: ω ω m = (.7) p

27 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Uma gande vantagem, caacteítica deta máquina, eulta do facto de e pode ajuta o facto de potência à neceidade da aplicação. Eta caacteítica não exite em ega na outa máquina. Paa ajuta a velocidade da máquina íncona à neceidade da caga, eá neceáio actua na fequência de alimentação utilizando paa io um conveo apopiado. A vaiação de fequência da máquina íncona deveá e acompanhada de uma vaiação imultânea do valo eficaz da tenão aplicada ao etato. Tal como na máquina de coente contínua também agoa e podem ditingui dua zona de actuação. Na zona de bináio máximo diponível, o fluxo do etato é mantido contante e a tenão de alimentação é vaiada popocionalmente à velocidade de otação. Ete modo eá etudado mai à fente. Na zona de enfaquecimento do campo a tenão aplicada mantêm-e contante e eduz-e o fluxo actuando na coente de excitação ou na componente da coente do etato egundo a diecção longitudinal. áquina Síncona de ímane pemanente O cicuito de excitação de uma máquina íncona eve apena paa a ciação de fluxo induto não e ealizando nele conveão electomecânica de enegia. A máquina de ímane pemanente eultam da ubtituição do enolamento de excitação po ímane pemanente. Pede-e a capacidade do ajute do facto de potência, ma ganha-e a vantagem de não eem neceáio anéi e ecova, nem cicuito de excitação bem como todo o itema de contolo deta coente, etc. Contituição da máquina íncona de ímane pemanente Exitem váia foma contutiva da máquina íncona de ímane pemanente. A figua.6 epeenta a dua foma mai comun. Na máquina de ímane exteioe, ete ão colado ao oto endo o entefeo magnético muito elevado.

28 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável b c b c a a a a c b c b a) ímane exteioe b) ímane inteioe Figua.6: Contituição da máquina de ímane pemanente. Na máquina de ímane inteioe, ete encontam-e ineido no núcleo do oto endo a eactância egundo o eixo d infeio à eactância egundo o eixo q. Quanto à foma de onda da foça electomotiz, eta máquina dividem-e em doi tipo:. áquina de foça electomotiz inuoidal. áquina de foça electomotiz tapezoidal A etatégia de contolo eão ligeiamente difeente paa cada um dete doi tipo de máquina. odelo matemático da máquina íncona de ímane pemanente O modelo matemático da máquina íncona de ímane pemanente é emelhante ao modelo matemático da máquina íncona em geal. Neta máquina a excitação é efectuada atavé de ímane pemanente. Aim a equação de excitação não é neceáia. A elação ente o fluxo e a coente é dada po: ψ ψ d q = ψ = fo i q q d i d (.8) O fluxo ψ fo eulta da peença do ímane pemanente. Atendendo a que algun ímane pemanente têm uma eitividade não muito elevada, é fequente te-e a neceidade de conidea enolamento amotecedoe na modelização de alguma máquina dete tipo. O bináio é deteminado pela expeão.6. Subtituindo a equaçõe.8 em.6 obtém-e:

29 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 3 em ( i ( i i ) = p ψ ) (.9) fo q O pimeio temo é o mai impotante e eulta da inteacção ente o campo ciado pelo íman e a coente do etato. Deigna-e po bináio electomagnético. O egundo temo eulta da difeença de elutância ente o eixo d e q. É o bináio de elutância. Na máquina de ímane exteioe ete bináio é paticamente nulo. O contolo deta máquina é feito, nomalmente, na zona de bináio máximo diponível com o aumento da tenão aplicada popocionalmente à velocidade de otação. Também pode funciona na zona de enfaquecimento de campo actuando na componente longitudinal da coente do etato, i d. Ete tipo de funcionamento é de difícil implementação na máquina de ímane exteioe poi, neta máquina, o coeficiente d e q tomam valoe muito baixo. áquina íncona de elutância A máquina íncona de elutância foam deenvolvida no ano 6. Têm um deempenho compaável à máquina de indução, endo de alienta a ua alta obutez e baixo cuto de contução. d q d q b c a a c b Figua.7: Cote equemático da máquina íncona de elutância. A máquina íncona de elutância contituem uma nova vaiante da máquina íncona. Nete cao o enolamento de excitação foam upimido e exploa-e o efeito de elutância com a contução da máquina de uma foma muito aimética do ponto de vita magnético. A eactância egundo o eixo d chega a e ceca de a veze upeio à eactância egundo o eixo q. Exitem váia oluçõe contutiva atingindo-e uma boa unifomidade mecânica.

30 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 4 A figua.7 apeenta um cote equemático deta máquina. Nete cao o feo do oto é laminado axialmente de modo que egundo a diecção da chapa e tem uma elutância magnética baixa e egundo a diecção nomal a eta e tem uma elutância elevada. odelo matemático da máquina de elutância Tal como na máquina íncona de ímane pemanente, o modelo da máquina íncona de elutância é emelhante ao modelo da máquina íncona em geal. A equação da excitação não é agoa neceáia e não exitem nete cao enolamento amotecedoe. A elação ente o fluxo e a coente é aim: ψ ψ d = d id q = qiq (.) O bináio é dado pela expeão.6. Subtituindo a equaçõe. em.6 obtém-e: em p( d q ) id iq = (.) Deta equação pode conclui-e que quanto maio fo a difeença ente o coeficiente de indução do etato egundo o eixo d e q maio é a elação ente o bináio e a coente do etato. Paa que eta máquina tenham um bináio epecífico da mema odem de gandeza de outo tipo de máquina é neceáio uma elação d / q da odem do 7 a. áquina de indução A máquina de indução tem tido um enome deenvolvimento em aplicaçõe como moto e como geado a velocidade ajutável. Apea da dificuldade do eu contolo eta máquina tem tido muito inteee devido à ua obutez, peço, peo, etc. Contituição da máquina de indução Exitem doi tipo de máquina de indução, máquina de oto bobinado e máquina de oto em gaiola. A máquina de oto bobinado tem um enolamento do oto emelhante ao do etato, ito, é tê enolamento iolado, ditibuído ao longo da peifeia, e defaado do epaço de º eléctico. A ligação com o exteio da máquina faz-e atavé de 3 anéi e ecova ao quai e pode liga um cicuito exteio,

31 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 5 nomalmente eitência de aanque ou eitência de egulação de velocidade. Podem liga-e também cicuito ealizado com elemento de electónica de potência pemitindo ealiza itema de contolo de velocidade com um valo eduzido de peda de enegia. Eta máquina ão utilizada na indútia nomalmente num nível de potência elativamente elevado. b c a a c b Figua.8: Cote equemático de uma máquina de indução. A máquina de oto em gaiola têm um oto contituído po um núcleo de feo no qual e encontam condutoe ligado na peifeia atavé de doi anéi que o cuto-cicuitam. Eta contução, além de e a mai baata, tem um elevado nível de obutez, um baixo peo bem como um eduzido momento de inécia. É povavelmente a máquina mai utilizada em accionamento de velocidade quae-contante e hoje em dia é cada vez mai utilizada também em accionamento de velocidade ajutável apea da dificuldade de contolo que apeenta. A figua.8 epeenta o eu cote equemático. odelo matemático da máquina de indução Também a máquina de indução é nomalmente epeentada po um modelo matemático em coodenada dq em movimento de otação. Como exite imetia no oto, ete efeencial pode deloca-e a uma velocidade abitáia. Não é neceáio que o efeencial e deloque olidáio com o oto como acontece com a máquina íncona. A única condição paa que o modelo eja decito po um conjunto de equaçõe imple é que o etato e o oto ejam decito no memo efeencial. Aim,

32 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 6 e a máquina oda à velocidade ω m e o efeencial e deloca à velocidade ω R a equaçõe que taduzem o compotamento dinâmico deta máquina ão: u u d q dψ d ud = id ω Rψ q dt dψ q uq = iq ω Rψ d dt dψ d = id ( ω R pωm ) ψ dt dψ q = iq ( ω R pωm ) ψ dt A elação ente o fluxo e a coente é dada po: ψ ψ ψ ψ d d q q = = i i i i d d q q q d (.) (.3) O bináio é dado pela expeão.6. A equaçõe. podem eceve-e numa foma mai compacta e e utilizaem vectoe epaciai. Aim, definindo ete vectoe como: u = u ju u ~ = u ju (.4a) ~ d q d q ~ i = i ~ d d ji q ψ = ψ jψ q ~ i = i ~ d d ji q ψ = ψ jψ q (.4b) (.4c) A equaçõe. tomam a foma mai compacta: d ~ u~ ~ ψ = i jω ~ Rψ (.5a) dt d u ~ ~ ~ = i ψ j( ω R pω m ) ~ ψ dt (.5b) A equaçõe.5 ão equivalente à equaçõe., ma pemitem um tatamento mai fácil. Ao longo dete texto eão utilizada em váia ituaçõe. No etudo do compotamento dinâmico da máquina de indução é nomal a utilização de uma máquina equivalente com um pa de pólo. A velocidade na máquina eal é obtido pela divião da velocidade da máquina equivalente pelo númeo de pae de pólo p. Ao contáio, o bináio eal é obtido pela multiplicação po p. Não foi eta a opção tomada nete texto onde e conideou uma máquina com p pae de pólo. Nete texto optou-e po tabalha com a gandeza mecânica eai da máquina.

33 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 7 Pincipai caacteítica da máquina de indução Em egime pemanente a equaçõe. e.3 podem e epeentada po um cicuito equivalente em T como o que e epeenta na figua.9. É fequente utilizaem-e gandeza do oto eduzida ao etato. Nete cao a indutância - e - ão amba poitiva. I - - I R V I jωψ m Figua.9: Equema equivalente da máquina de indução em egime pemanente. Ete cicuito equivalente é contituído po dua eitência e tê indutância. A eitência do oto apaece no equema equivalente dividida pelo ecoegamento. Quando o ecoegamento fo negativo, a eitência / eá também negativa epeentando uma fonte de enegia. Quando o ecoegamento fo poitivo eta eitência eá poitiva epeentando a enegia que e tanfee atavé do entefeo paa o oto. A indutância ão toda de valo poitivo dando oigem à concluão de que eta máquina conome empe potência eactiva. O ecoegamento é definido como: ω pωm = (.6) ω Sendo ω a fequência angula da gandeza do etato. A velocidade de otação da máquina de indução com p pae de pólo, é dada po: ω m = ω ( ) (.7) p Deta equação eulta que o contolo de velocidade da máquina de indução pode e efectuado actuando na fequência de alimentação ω, no númeo de pae de pólo p e no ecoegamento. A actuação na fequência de alimentação ω contitui o poceo mai eficiente equeendo um conveo de enegia eléctica apopiada. Ete conveoe têm vindo a e deenvolvido no último ano pemitindo também o deenvolvimento de numeoa técnica de contolo, pate da quai e etudaão mai à fente.

34 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 8 Também na máquina de indução e ditinguem dua zona pincipai de actuação. Uma zona de fluxo contante, na qual o bináio máximo e enconta diponível, e uma zona de enfaquecimento do campo onde o fluxo é eduzido com a velocidade eguindo uma lei hipebólica. A figua. apeenta uma família de caacteítica electomecânica taçada paa váia fequência de alimentação. Abaixo da velocidade nominal eta máquina apeenta caacteítica apoximadamente paalela caacteizada po bináio máximo contante. Etá-e na zona de fluxo contante onde a tenão de alimentação é enivelmente popocional à fequência de alimentação (V/f=cte). Paa velocidade elevada a tenão de alimentação é mantida no eu valo máximo. Como a fequência aumenta, o fluxo do etato eduz-e egundo uma hipébole /f. Neta zona a potência nominal da máquina etá diponível. Ete eultado é pefeitamente análogo ao encontado no cao da máquina de coente contínua e no da máquina íncona. 3 Fluxo Contante Enfaquecimento do Fluxo Bináio [pu] Velocidade [pu] Figua.: Caacteítica da máquina de indução. A vaiação de velocidade, actuando no númeo de pae de pólo, etá eduzida a aplicaçõe etita onde a neceidade poam e upimida com um númeo etito de velocidade de inconimo (nomalmente ). Paa e ajuta a velocidade actuando no ecoegamento pode actua-e na tenão de alimentação, figua., ou na eitência otóica exteio no cao da máquina de oto bobinado, figua.. Neta figua etão taçada váia cuva com paâmeto difeente. O ponto de funcionamento, que coeponde ao cuzamento da

35 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 9 caacteítica da caga c com uma da caacteítica da máquina, vaia conoante a cuva conideada ajutando-e aim a velocidade. 3.5 U 3 <U <U 3 Bináio [pu].5 U 3 U c.5 U Velocidade [pu] Figua.: Ajute de velocidade po vaiação de tenão de alimentação. No cao do ajute de velocidade po vaiação de tenão de alimentação, a gama de vaiaçõe de velocidade é extemamente eduzida como e pode facilmente veifica pela análie da figua.. 3 R <R <R 3 <R 4.5 R 3 R R R 4 Bináio [pu].5 c Velocidade [pu] Figua.: Ajute de velocidade po vaiação de eitência otóica. A gama de ajute de velocidade é mai laga no cao do ajute po eitência otóica, figua.. Em ambo o cao ete ajute de velocidade etá fotemente dependente da caacteítica da caga.

36 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Nete doi poceo o ajute de velocidade faz-e à cuta de peda de enegia no oto. No egundo cao eta enegia pode e ecupeada e enviada à ede atavé de itema de electónica de potência como e veá. Conveoe eléctico paa accionamento Intodução O deenvolvimento do itema de velocidade ajutável que e veificou no último ano eteve aociado ao deenvolvimento de emicondutoe de potência bem como ao deenvolvimento de nova montagen e apefeiçoamento de montagen antiga. O tipo de conveo eléctico que e deveá utiliza num accionamento electomecânico depende da máquina eléctica que e etá a utiliza, do tipo de fonte de enegia diponível e do deempenho deejado. São numeoa a vaiante que e podem dipo em conveoe electomecânico de velocidade ajutável. Neta ecção decevem-e apena a montagen mai impotante emetendo o leito mai inteeado paa livo da epecialidade [3], [3], [9], [], [9]. Conveoe DC/DC O conveoe DC/DC ão utilizado paa alimenta máquina de coente contínua a pati de fonte de enegia de tenão contínua. A figua.3 apeenta o equema da montagen mai vulgae. S D D a) S b) c) d) Figua.3: Equema da montagen DC/DC A montagem mai imple enconta-e epeentada na figua.3a. É deignada po Choppe abaixado de um quadante (ou choppe éie) e pemite

37 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável egula a tenão a aplica à máquina paa valoe abaixo do valoe da tenão de alimentação. A figua.3b apeenta o Choppe elevado (ou choppe paalelo) de um quadante que pemite aplica à caga tenõe mai elevada que a da fonte. O Choppe de doi quadante enconta-e epeentado na figua.3c. Ete conveo pemite contola a tenão de zeo ao valo da tenão de alimentação podendo a coente e negativa ou poitiva. O contolo de velocidade da máquina de coente contínua no quato quadante pode e feito utilizando o conveo epeentado na figue.3d deignado po choppe de 4 quadante. Conveoe AC/DC Quando e petende alimenta a máquina de coente contínua a pati de uma fonte de enegia de tenão altenada deveá e utilizado um conveo AC/DC. Tal como o conveoe DC/DC também agoa exitem váia vaiante. O conveo mai uual é a ponte de ectificação tifáica completa a tiitoe. Ete conveo enconta-e epeentado na figua.4. Pemite contola a tenão aplicada à caga a pati da vaiação do ângulo de dipao egundo uma lei coeno, fig..5. Figua.4: Ponte de ectificação com 6 tiitoe. U dc U dcmáx π/ Zona Intedita po Seguança Figua.5: Caacteítica do ectificado contolada. Paa ângulo de dipao infeioe a 9º obtêm-e valoe poitivo de tenão no lado DC. Paa ângulo de dipao upeioe a 9º e infeioe a 8º eta tenão é negativa. Deveá evita-e o funcionamento póximo de 8º poi tal pode leva à ocoência do fenómeno do defeito de comutação que pode te conequência gave. π ε

38 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável Dado que o conveo é unidieccional em coente, ete pemite que a máquina de coente contínua funcione no quadante e 4. Quando e petende que a máquina funcione no quato quadante é neceáio utiliza uma outa montagem. A olução mai imple conite em toca mecanicamente, utilizando inteuptoe, a polaidade de um do cicuito da máquina, do induto ou do induzido. A figua.6 epeenta a montagem que pemite toca a polaidade do cicuito do induzido. Apena um do inteuptoe I ou I deveá eta fechado de modo a evitaem-e cuto-cicuito. I I Figua.6: Inveão mecânica da coente no induzido. Como a contante de tempo do induzido é ubtancialmente infeio à contante de tempo do induto, a opção epeentada na figua.6 é nomalmente melho do que a toca de polaidade do cicuito de excitação. A olução com melho deempenho enconta-e epeentada na figua.7. Neta olução utilizam-e dua ponte de ectificação em anti-paalelo. O contolo deta dua ponte de ectificação tem de e feito de uma foma cuidada de modo a não ocoeem cuto-cicuito. Figua.7: Conveo AC/DC de 4 quadante. Vaiando o valo médio da tenão do lado contínuo de foma inuoidal obtém-e um conveo AC/AC que e deigna po cicloconveo. Nete cao a fequência da caga teá de e baixa. Nomalmente não e vai acima de /3 ou de ½ da fequência da ede.

39 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 3 Conveoe AC-DC-AC O cicuito pincipai da máquina de coente altenada devem e alimentado com tenõe e coente altenada. Quando e petende alimenta eta máquina de modo que a velocidade eja ajutável, é neceáio dipo de uma fonte de alimentação de fequência vaiável. Eta ão ealizada com montagen de elemento de electónica de potência. O conveoe AC/AC diecto pemitem a obtenção de gandeza eléctica altenada de fequência vaiável a pati de gandeza altenada de fequência fixa. Nomalmente a vaiação de fequência é feita atavé da paagem po um cicuito intemediáio que pode e de coente contínua ou de tenão contínua. Conveão com cicuito intemediáio em coente contínua A montagem mai imple enconta-e epeentada na figua.8 e utiliza apena elemento de comutação natual. A potência pode cicula no doi entido. Quando a máquina funciona como moto, a ponte PR funciona como ectificado tabalhando com ângulo de dipao ente e 9º e a ponte PR funciona como inveo tabalhando com ângulo de dipao ente 9 e 8º. Quando a máquina funciona como geado, eta dua ponte tocam de funçõe funcionando PR como ectificado e PR como inveo. Enquanto que em PR a comutação do emicondutoe é ealizada pela ede, a comutação da ponte PR deveá e efectuada pela tenão da caga. Eta deveá e apopiada de modo a que eta comutação e poa ealiza coectamente. De foma geal pode afima-e que a caga tem de te a capacidade de fonece potência eactiva a PR. Eta montagem é utilizada paa alimenta a máquina íncona paa gama de potência elevada. Seá etudada mai à fente no capítulo 3. A inveão do entido de macha é ealizada, nete cao, atavé da geação apopiada do inai de dipao pela inveão da equência de fae da máquina. PR PR Figua.8: Cicuito intemediáio em coente.

40 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 4 Uma vaiante dete conveo enconta-e epeentada na figua.9 aociada a uma máquina aíncona de oto bobinado. Neta figua, a pimeia ponte de ectificação foi ubtituída po uma ponte de ectificação a díodo tonando o conveo mai imple. Pede-e a capacidade de tabalha com a potência a cicula no doi entido. A montagem que e mota na figua é deignada po itema de ecupeação de enegia de ecoegamento ou po cacata hipoíncona. O pincípio de funcionamento deta montagem é emelhante ao contolo de velocidade po vaiação de eitência otóica. Nete cao a enegia que e diipaia na eitência é ecupeada e enviada de novo paa a ede de enegia. O itema pode funciona como moto apena a velocidade infeioe à velocidade de inconimo. Acima da velocidade de inconimo ete itema pode funciona como geado. Rede de Enegia Figua.9: Equema de bae do Sitema de de Recupeação de Enegia de Ecoegamento. O itema de ecupeação de enegia de ecoegamento enconta aplicaçõe em ventiladoe e bomba de gande potência e pode tabalha também como geado de velocidade ajutável. No cao do funcionamento como geado, a potência mecânica ecebida no veio é tanfomada em potência eléctica e entegue à ede pelo etato e pelo oto. Pelo etato eta toca é feita diectamente enquanto que pelo oto é feita indiectamente pelo uo do conveo de fequência.

41 Cap. Intodução ao itema electomecânico de velocidade ajutável 5 PR IC Figua.: Cicuito intemediáio de coente com comutação foçada do lado DC/AC. Quando a caga não pemiti a utilização de um conveo de comutação natual teá de e utiliza um conveo de comutação foçada. Ito acontece quando e petende alimenta a máquina aíncona com cicuito intemediáio de coente contínua. A montagem a utiliza eá aquela que e enconta na figua.. Neta montagem utilizam-e dipoitivo de cote comandado que pemitem o funcionamento do conveo como e foe uma ponte de ectificação e com ângulo de dipao ente zeo e 36º. Paa que a comutação e pocee de uma foma apopiada é neceáio coloca condenadoe no lado da máquina de modo a anula o efeito indutivo deta. IC IC Figua.: Conveão foçada de ambo o lado do cicuito intemediáio de coente. A figua. apeenta uma montagem de conveão AC-DC-AC com comutação foçada no doi conveoe. Eta montagem pemite contola a foma de onda da coente abovida da ede de modo que eta e enconte com o ângulo de defaagem que e deeja (nomalmente nulo) e pemite também eduzi o conteúdo hamónico da coente. Ete é um poblema que etá a meece uma atenção cecente, podendo peve-e um aumento de montagen que eduzam ete poblema. O conveoe com cicuito intemediáio de coente pemitem a egulação da tenão contínua ente um valo máximo negativo e um valo máximo poitivo. Ete valoe ão deteminado pela caacteítica da ede de enegia de que e dipue.