Máquina Assíncrona COMANDO

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1 SECÇÃO DE MÁQUNAS ELÉCTRCAS E ELECTRÓNCA DE POTÊNCA MÁQUNAS ELÉCTRCAS LEM/LEA Máquina Assíncrona COMANDO 2005/2006

2 - OBJECTVO DO TRABALHO Determinação do comportamento de uma máquina assíncrona quando alimentada por um conversor estático de frequência. - A VARAÇÃO DE VELOCDADE NAS MÁQUNAS DE NDUÇÃO O problema da variação de velocidade nas máquinas de indução, é um problema importante, sendo um dos factores que influencia a implementação deste tipo de motores em diversas aplicações. A velocidade de sincronismo de uma máquina de indução é dada por: onde, f N s = 60 (1) p N s - velocidade de sincronismo [r.p.m.] f - frequência de alimentação [Hz] p - n de pares de pólos Considere-se o circuito equivalente da máquina assíncrona simplificado seguinte: r r U1eq ( ) s r r 1 s Daqui retira-se que: U eq r = 1 rr a potência eléctrica que se converte em potência mecânica será então: s P = 3 r r 1 s U1eq s s rr 2 2

3 donde se obtém o binário, ou seja, P T = ω 1 ( s) U1eq T 3 r (2) ω U De notar que a relação traduz o fluxo magnético na máquina. Se o resultado desta ω relação for elevado poder-se-á entrar na fase de saturação do ferro. Se, pelo contrário, este quociente for baixo poder-se-á verificar a desmagnetização do ferro. - COMANDO DA VELOCDADE DE ROTAÇÃO DOS MOTORES MEDANTE A VARAÇÃO DA FREQUÊNCA. Para se regular a frequência é necessária uma fonte de energia de frequência variável. Desta forma, ao contrário da situação normal em que a máquina está ligada directamente à rede, ela encontra-se alimentada através de um conversor electrónico. A variação de frequência é realizada recorrendo a onduladores autónomos, que são construídos recorrendo a técnicas de electrónica de potência. Estes dispositivos poderão ser do tipo: - Onduladores de corrente: a partir de uma corrente contínua modelam a sua ondulação, ou seja, transformam uma corrente contínua em n correntes alternadas com uma determinada forma, sinusoidal ou outra. - Onduladores de tensão: a partir de uma tensão contínua produzem uma fonte de tensão alternada polifásica. Na Figura seguinte representa-se o Ondulador de Corrente (Fig. 1.a) e o Ondulador de Tensão (Fig. 1.b). E AC Ondulador de tensão E 1 E 2 E 3 Ondulador de corrente a) Figura 1 - (a) Ondulador de Tensão (b) Ondulador de Corrente b) 3

4 Existem vários tipos de cargas com características de binário em função da velocidade diferentes. Entre estas destacam-se: i) binário resistente (T) constante; Exemplo: compressores ii) potência (P) constante; Exemplo: enroladores iii) binário resistente proporcional ao quadrado da frequência; Exemplo: ventiladores. Na resolução do problema de variação de velocidade mostra-se que se for desejável que o motor funcione a diferentes frequências com valores quase constantes de rendimento, factor de potência, capacidade de sobrecarga e com um escorregamento absoluto constante (e não levando à saturação do ferro) deve-se regular, simultaneamente com a variação de frequência f, a tensão aplicada ao motor U. Esta variação, faz-se em função da frequência e do binário da seguinte forma: onde, U 1 f T (3) U 1 f T U' 1 e T' são respectivamente a tensão e o binário correspondentes à frequência f. U 1 e T são respectivamente a tensão e o binário correspondentes à frequência f. Regulação U/f Do que foi descrito para a regulação de velocidade, conclui-se que uma das possibilidades com interesse em diversas aplicações, é o de binário de carga constante. Das expressões (2 e 3) vemos então que a variação de velocidade alterando a frequência e mantendo a razão U constante, permite manter o binário motor constante para o mesmo f nível de corrente do rotor. Esta característica aplicada à máquina assíncrona encontra inúmeras aplicações de interesse. A fonte de energia de frequência variável Para a variação de velocidade por variação de frequência, a fonte de frequência variável utilizada neste trabalho é do tipo ondulador de tensão. O conversor, Altivar 31 da Telemecanique tem as características e modo de funcionamento que são descritos a seguir. Este conversor é totalmente digital (controlado por µ P) com um circuito de realimentação em tensão. 4

5 A relação U(f) pode assim ser programada de forma a adaptar-se às necessidades do problema e do funcionamento solicitado. O motor e conversor podem ser testados nos quatro modos possíveis mostrados na figura 2. U N L n p f N Figura 2: Características tensão frequência disponíveis no conversor - L: binário constante para motores especiais ou motores ligados em paralelo; - P: binário variável; - n: controlo por orientação de campo para compensar o valor de fluxo usado em aplicações em que se pretenda binário constante. Obtenção da característica U(f) Parâmetros a ajustar no conversor A característica tensão/frequência determina o binário característico do motor. Esta característica U(f) deve por isso ser conhecida para o motor usado e na aplicação adequada. A característica U(f) seleccionada deverá ser definida em função de: - frequência máxima requerida - frequência de funcionamento do motor - tensão de alimentação do motor A tensão máxima de saída do conversor é aproximadamente igual à tensão de alimentação, podendo, no entanto, ser modificada. 5

6 Traçado da Característica U(f). Para se obter a característica U(f), tem que haver variação da frequência externamente o que é conseguida através da variação de um potenciómetro representado na Figura 3. Na mesma fotografia estão localizados outros comandos, nomeadamente, Variador de Velocidade A1 A2 A3 e A4 Contactor P1 Figura 3 Kit incluindo o conversor e comandos locais A1 nterruptor de início de marcha A2 nterruptor de inversão de marcha A3 nterruptor de frequência pré-definida A4 nterruptor de frequência pré-definida P1 Potenciómetro para variação de frequência Faça as ligações do conversor à rede e do conversor ao motor, de acordo com a figura 4. Figura 4 - Esquema de ligações M - Motor assíncrono C - Conversor Altivar 31 da Telemecanique V Voltímetro A Amperímetro G - Gerador de corrente contínua 6

7 Proceda da forma seguinte: 1 - Ligue o disjuntor de bancada. 2 - Ligue o contactor do kit conversor. 3 Ligue o interruptor A1 (marcha) 4 - Varie o potenciómetro, efectuando as leituras da frequência (no "display" do conversor). Para o modos de funcionamento L do conversor faça a leitura de Vcc e cc aos terminais de Rc, da velocidade de rotação do veio através do taquímetro (Vcc (rpm)) e leia também a corrente de linha de uma fase do estator e a tensão entre fases, para as diferentes frequências de sincronismo (50Hz, 40 Hz, 30 Hz, 20 Hz, 10 Hz e 5 Hz). Calcule o valor de binário resistente visto pela máquina assíncrona considerando um rendimento de 90% do gerador de corrente contínua. MODO L f = 50Hz f = 40Hz f = 30Hz Vcc cc T N L Vc Vcc cc T N L Vc Vcc cc T N L Vc f = 20Hz f = 10Hz f = 5Hz Vcc cc T N L Vc Vcc cc T N L Vc Vcc cc T N L Vc 7

8 Trace a característica U(f) do conversor bem como, a característica electromecânica do motor para as diferentes frequências de sincronismo. Comente os resultados mencionando qual o tipo de aplicações, tendo em conta o binário resistente mais adequado na escolha para cada uma das características de funcionamento do conversor. 8