14 Modelagem, Acionamento e Controle de Motores Síncronos e Motores de Relutância Chaveados

Transcrição

1 4 Moelagem, Aconameno e Conrole e Moores Síncronos e Moores e Reluânca Chaveaos Nese ópco serão aboraos os moores síncronos para aplcações e auomação. Nesa classe e moores são enfcaos os Moores Síncronos Senoas PMSC, os Moores Síncronos Trapezoas ou Brushless CC BDC e os Moores e Reluânca Chaveaos SRM. abrl e 6 Prof. Manoel

2 Moores Síncronos Esruura Básca Fg. 4. abrl e 6 Prof. Manoel

3 Exo -Q Esaor Fg. 4. u Polo Roor Ssemas e Referencas Orogonas Roor Bobnao Exo No moor síncrono, o referencal e roor e u Exo -D e campo e roor são êncos. O referencal e esaor poe ser u Q conserao fxo ou u síncrono. u D Exo A projeção os exos rfáscos em ssemas u F u orogonas resulam nos ssemas e exos ncaos. - : Esaor esaconáro -, : Roor e campo; - D,Q : Gaola esaor para refera no roor. abrl e 6 Prof. Manoel 3

4 Euaconameno Veoral no Referencal e Roor Proceeno-se o euaconameno em moo veoral, usano a mesma relação aa em 9. e 9.4 para as granezas rfáscas e assumno o campo e roor como um veor assocao à nensae a correne e campo e posção angular e roor, obém-se: 3 3 j l l l F H B A j F F F H F 3 B A H l l 3 B A H l l F H F l F H H l l H R u seno: 4.-a 4.-b 4.-c e 4. abrl e 6 4 Prof. Manoel

5 Euaconameno Veoral no Referencal e Roor As euações 4.-a a 4.-e só se apresenam na forma ncaa com a aoção e referencal genérco seno auele o roor e ue conce com o referencal e campo. Em ouros referencas esaor por exemplo, as nuâncas apresenarão epenênca com a posção e roor evo a ferenes reluâncas o crcuo magnéco. Dese ue o campo e roor é evo funamenalmene pela bobna e campo, o ermo evo a componene e exo reo serve para enfrauecmeno e campo. O ermo e fluxo em uaraura é peueno evo ao peueno valor a nuânca e uaraura. abrl e 6 Prof. Manoel 5

6 Relações Eleromecâncas o Moor Síncrono Tal como nos emas casos, uma análse e balanço e energa fornece as expressões e poênca mecânca a ual se obém a relação o orue eleromagnéco em função as granezas elércas o moor. No caso a moelagem veoral refera no campo roor, chega-se a: Im 3 z m p z z z m H H F H p F H p p m K m J l mec D mec e a velocae mecânca será aa por: 4.3-a 4.3-b 4.4 abrl e 6 6 Prof. Manoel

7 Moor Síncrono e Imã Permanene FCEM Senoal - PMSC Uso e mã permanene prefero em auomação : - Menor volume - Maor poênca. Imãs mas poenes erras raras. Mecancamene mas fráges - Melhor efcênca global - Maor faor e poênca - Smplfcação e moelo maemáco - Maor cuso evo aos mãs abrl e 6 Prof. Manoel 7

8 Confgurações Típcas e Roor e FCEM Senoal Como ese moor é classfcao como síncrono senoal, os mãs evem prouzr uma FCEM senoal no esaor. Para so exsem váras formas e se consrur o roor. Fg. 4.3 O faor consruvo o roor é o responsável em grane pare pelo cuso o PMSC além o maeral o mã. O esaor ambém eve ser evamene projeao para se ober a FCEM senoal como especfcao. abrl e 6 Prof. Manoel 8

9 Smplfcações e Moelo Maemáco o PMSC Dese ue não há mas ferença e reluânca enre os exos e, as smplfcações e moelo resulam as como: j R u mec F F A A l l 3 e F C F 3 Im 3 z z m F p p R u mec R u mec seno ue após segmenação em pares real e magnára, em-se: e fnalmene o orue eleromagnéco fca seno: 4.5-a 4.5-b 4.6-a 4.6-b 4.6-c abrl e 6 9 Prof. Manoel

10 Aspecos e Conrole o PMSC Como o mã permanene é consane e nalerao, a componene e correne e exo reo não em nfluênca no moor. Como conseüênca esa poe ser conrolaa para zero e oa correne exo será convera em orue. Para propósos e velocae varável, um conversor senoal eve ser ncorporao e com aconameno sncronzao com a posção angular o campo e roor. Iso mplca necessae e sensores e posção. Ouro po e sensor necessáro é o sensor e correne e esaor. Com esa nformação se fará o conrole a correne e ambém o orue. A nformação e posção ambém permrá a muança e coorenaas e esaor para campo roor. abrl e 6 Prof. Manoel

11 Conrole em Malha Fechaa com Conversor e Correne e oop e Hserese A Conrolaor Correne Drvers C Unae e processameno gal encoer f Posção Velocae real K f - A B C ref - X m K / 3 R e f Fg. 4.4 abrl e 6 Prof. Manoel

12 Aspecos e Smulação Dese ue o moelo 4.6 se enconra no referencal e campo roor a ensão e almenação eve ser sncronzaa nese referencal. Assm a posção angular eve fazer pare o moelo. O moelo e espaço e esaos compleo fca seno: J m u u zp J K zp R zp zp R H H D F H H mec mec H As não-lnearaes o moelo e esao evem ser raaas al como no moor e nução. O mesmo moelo serve para execução o agrama e Smulnk para efeo e smulação. 4.8 abrl e 6 Prof. Manoel

13 Exemplo e Smulação Programa Malab funcon yp=pmsc_,y global r l l w JJ KD UU Ff zp % Moelo veoral e um PMSC senoal aconao com ensões eas % senoas a parr o esaor % Tensões no esaor IDEAIS senoas ua=cosw*; ub=snw*; % Ângulo o roor = ângulo o campo e roor mã permanene % OBS. Ângulo e roor mecânco corrgo para elérco ea=zp*y4; % Transformação e coorenaas esaor --> roor u=uu*ua*cosea+ub*snea; u=uu*-ua*snea+ub*cosea; % Varáves nermeáras m=3/*zp*ff*y; wm=zp*y3; % Moelo e esao o PMSC Senoal yp=[ -r/l wm ;... -wm -r/l -zp*ff/l ;... -KD/JJ ;... zp ]*y +[u/l; u/l; m-/jj; ]; abrl e 6 Prof. Manoel 3

14 Exemplo e Smulação - Resulaos Para um moor síncrono e 6 polos, referênca e almenação e r/s e N e carga, o resulao a velocae e para e as correnes e exo reo e e uaraura é vso asegur abrl e 6 Fg. 4.5-a Prof. Manoel Fg. 4.5-b 4

15 Moor Síncrono e Imã Permanene FCEM Trapezoal ou Brushless CC - BDC Nese po e moor os mãs e o enrolameno e esaor são as ue a FCEM nuza é o po rapezoal. a Consruvamene mas smples e e menor cuso. c N b É bascamene um moor CC nvero campo no roor. b S a c Conrole semelhane ao e um moor CC nepenene. O orue é mas pulsane, mas poe ser melhorao com écncas e conrole. abrl e 6 Fg. 4.6 Prof. Manoel 5

16 Formas e Ona Funamenas o BDC as 3º 6º 5º º 7º 33º 39º e as Ep e bs e abc FCEM no esaor e cs Sensor a Sensor b Sensor c as Ip abc Fluxo no esaor abc Correne no esaor Ângulo o roor bs cs e a s. as Ep. Ip e bs. bs e cs. cs ~. m. E p. Ip Fg. 4.7 abrl e 6 Prof. Manoel 6

17 Euaconameno o BDC Dese ue o BDC não em srbução senoal e FCEM, as écncas veoras não apresenam vanagens e o moelo usual é escro por fases. v v v e e e m J as bs cs as bs cs R z f f f p as bs cs mec s I as bs cs e as as mec P P P e mec mec mec bs aa ba ca bs e cs ab bb cb cs ac bc cc. mec m K m D mec l as bs cs e e e as bs cs 4.9.a 4.9.b 4.9.c e abrl e 6 Prof. Manoel 7

18 Moor e Reluânca Chaveao - SRM Consu-se na esruura mas smples e um moor elérco Elevaa robusez e baxo cuso moor ; Poe ser basane compaco comparao com os emas moores e gual poênca; Na forma convenconal e aconameno em baxo orue; Possu elevao orue se aconao evamene chaveao; Apesar e ser conheco há muo empo, sua forma chaveaa só recenemene esperou neresse para aplcações comercas; abrl e 6 Prof. Manoel 8

19 Consução básca o SRM No caso e um moor 4/6 polos, sua esruura em o aspeco a segur. O roor apresena um perfl com salêncas evamene projeaas. O esaor com pares e polos ambém salenes é a únca pare elercamene excaa. A excação e uma bobna provoca o alnhameno e salêncas e esaor e o roor. ESTATOR ROTOR Fg. 4.8-a abrl e 6 Prof. Manoel Fg. 4.8-b 9

20 Prncípo e Operação o SRM A proução e orue no moor e reluânca é baseaa no prncípo funamenal o eleromagnesmo em ue o fluxo magnéco ene-se a se esabelecer no camnho e menor reluânca. Quano for o caso, o fluxo magnéco provocará eslocamenos e sposvos mecâncos para angr a menor reluânca. Exemplo : relés. No caso e sposvos roavos, o orue é escro por: T e Wm / / W f W f, consane 4.-a T e, 4.-b,,, consane 4.-c abrl e 6 Prof. Manoel

21 Caraceríscas Típcas o SRM em Conrole e Torue Com base na euação e orue, noa-se: - a correne poe ser unreconal uma chave por bobna; - orue e para elevao semelhane ao e um MCC sére; - muança e reção em função a seuênca e aconameno; - aeuao para operação em 4 uaranes; - é nerenemene um moor e velocae varável por operar assocao ao seu conversor. abrl e 6 Prof. Manoel

22 Varação a Inuânca no SRM Enre os ponos e alnhameno e esalnhameno em relação a um polo em-se: Fg. 4.9 abrl e 6 Prof. Manoel

23 Obenção o Torue no SRM Com relação à varação a nuânca, a geração e orue é consegua com a eva excação o esaor al como a segur. Fg. 4. } Torue posvo com a excação urane / posvo Torue posvo com a excação urane } / negavo abrl e 6 Prof. Manoel 3

24 Conversor Típco para Aconameno o SRM Denre númeras possblaes, o conversor mas smples é al ue lga ou eslga a bobna a ser excaa e acoro com a esraéga e/ou reção e movmeno. Conversor assmérco com DR e capacae e regeneração. Fg. 4. abrl e 6 Prof. Manoel 4

25 Forma e Ona e Correne Típca e Esraéga e Comuação Vso ue o crcuo nuvo não respone nsananeamene amuançasnacorrene,oprocemenoasegurévalpara boa operação. a ângulo e anecpação co ângulo e core ângulo e conução - % hserese * - Correne Referênca abrl e 6 Prof. Manoel Fg. 4. 5

26 Crcuo Elérco Euvalene o SRM Vso ue caa bobna é excaa nepenene as emas, elercamene o SRM é um crcuo R sem nerações magnécas. Assm o moelo elérco se resume al como ncao a segur. R s v + e - Fg. 4.3 v R s [, ], Rs, 4.-a R, s, m 4.-b R, s e 4.-c abrl e 6 Prof. Manoel 6

27 Moelo nearzao o SRM O moo mas smples e obenção e um moelo lnear é com o uso e análse e peuenos snas e eslocameno o pono e operação. Com so chega-se ao resulao a segur. Fg. 4.4 R m s m v 4.-a m J B m J T J l 4.-b abrl e 6 Prof. Manoel Fg

28 Esruura e Conrole Usano um ssema e malha fechaa para conrole e velocae, um proposa e conrole poe ser espulaa a parr a esruura ncaa a segur. Fg. 4.6 Fg. 4.7 abrl e 6 Prof. Manoel 8

29 Confguração espras em moores síncronos e polos salenes e e 4 polos Fg. 4.8 abrl e 6 Prof. Manoel 9

30 Exemplo e Moor e Reluânca Fg. 4.9-a abrl e 6 Prof. Manoel Fg. 4.9-b 3

31 Exemplo e Moor Síncrono e Imã Permanene Fg. 4. abrl e 6 Prof. Manoel 3