ACIONAMENTOS INDUSTRIAIS

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1 ACIONAMENTOS INDUSTRIAIS Conteúdo a ser Ministrado Introdução Relação entre o motor e a carga Relação entre o motor e o conversor eletrônico Relação entre o motor e a rede de alimentação 1

2 Conteúdo a ser Ministrado Acionamento de Motores de c.c. Circuito equivalente de motores c.c. Característica torque - velocidade Conversor eletrônico de potência Controle de velocidade Conteúdo a ser Ministrado Acionamento de Motores de Indução Princípios básicos de um M.I. Curvas características de um M.I. Controle de velocidade Operação acima da veloc. nominal Tipos de frenagem Efeitos da excitação não senoidal 2

3 Conteúdo a ser Ministrado Conversores de Freqüência Classificação dos inversores Inversor a PWM Frenagem em inversores a PWM Conteúdo a ser Ministrado Conversor de Freqüência e o seu Efeito na Rede Elétrica Efeito dos harmônicos Fator de potência e de deslocamento Reatância de rede Interferência eletromagnética Bancos de capacitores 3

4 Conteúdo a ser Ministrado Servoacionamento Servomotor Servoconversor Encoder e resolver Conteúdo a ser Ministrado Motor de Passo Relutância variável Ímã permanente Híbrido 4

5 A Eletrônica de potência é necessária como interface entre a rede e o motor ALIMENTAÇÃO CONTROLADOR CONVERSOR ELETRÔNICO DE POTÊNCIA MOTOR REALIMENTAÇÃO O processo é quem determina o tipo de acionamento a ser escolhido Em robótica excelente exatidão, alta resposta dinâmica e controle de posição. Em bombas centrífugas sem realimentação de velocidade 5

6 Relação entre o motor e a carga Para se selecionar o tipo de acionamento é necessário se conhecer a inércia e a curva de torque da carga. Entram na análise o momento de inércia do motor e a sua curva de torque. Bombas centrífugas e ventiladores Torque Rotação 6

7 Compressores a pistão e correias transportadoras Torque Rotação Tipos de carga 1) Máquinas que trabalham c/ tensionamento de material. Ex.: Bobinadeiras 2) Correias transportadoras, equipamentos de elevação de carga c/ contrapeso 3) Calandras de rolo e máquinas de processamento de material 4) Bombas e ventiladores centrífugos 7

8 Análise do torque acelerante Torque T aceleração Ponto de equilíbrio Ta = J ω 9,55 ta Velocidade de regime Rotação Torque desenvolvido pelo motor dw T em = J + Bw + T L dt J momento de inércia B constante de amortecimento T L torque de trabalho 8

9 Adaptação de torque e velocidade MOTOR θ L, T L θm, Tm CARGA Tm wl θ d = = L = m = TL wm θm dl a Relação entre torque e potência P = T w π 30 P = T w 9,55 9

10 Considerações térmicas O torque produzido pelo motor é proporcional à corrente O perfil do torque desenvolvido é igual ao perfil da corrente O aquecimento está fortemente vinculado à corrente Perfil de torque e de corrente T em T 4 T 1 T 2 T 3 T 6 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t T 5 Corrente no motor I 4 I 1 I 2 I 3 I 6 t I 5 10

11 Perdas na resistência elétrica A maior parte das perdas totais do motor é devido às perdas na resistência do enrolamento A perda resistiva é proporcional ao quadrado da corrente e proporcional ao quadrado do torque Valor eficaz resultante Valor eficaz da corrente considerando o ciclo de trabalho do motor. I 2 rms = m 2 I k tk k = 1 tperiodo 11

12 Análise do aquecimento do motor Contribuem para o aquecimento do motor : Perdas no enrolamento; Atrito mecânico e a ventilação; Correntes parasitas e a histerese. Perda total no motor A potência de perdas total no motor é : P perdas = PR + PFW + P E H P R perdas nos enrolamentos P FW perdas por ventilação e atrito P EH perdas por histerese e Foucault 12

13 Efeito do aumento da velocidade Quanto maior a freqüência, maiores as perdas devido às correntes parasitas e à histerese As perdas por atrito mecânico e ventilação também aumentam com a velocidade Com o aumento da velocidade, aumenta-se a refrigeração do motor Torque disponível T 1,0 1,0 n Velocidade abaixo da nominal refrigeração prejudicada; Velocidade acima da nominal perdas por histerese e Foucault aumentam; Para compensar deve-se diminuir o torque. 13

14 Elevação da temperatura O aumento da temperatura do motor é dado por : θ = P perdas R TH A temperatura ambiente determina o máximo aumento de temperatura permitido. Classe de isolamento A classe de isolamento determina a temperatura que o isolamento suporta Classe de Isolamento A E B F H Temperatura ambiente Elevação de temperatura Diferença entre o ponto mais quente e a média Temperatura máxima suportada 14

15 Vida útil do motor A vida útil de um motor depende das condições do isolamento de seus enrolamentos Ultrapassar em 10 C significa reduzir pela metade a sua vida útil. Um motor está em equilíbrio térmico quando o calor gerado pelas perdas é igual ao calor dissipado pela superfície do motor Rendimento do motor de indução η % %Carga 15

16 Fator de potência de um motor de indução cos ϕ 0,8 0,6 0,4 0, %Carga Corrente nominal O motor pode suprir grandes picos de torque Pico de torque corresponde a pico de corrente Esse pico de corrente passa pelas chaves semicondutoras do conversor eletrônico As constantes de tempo térmicas das chaves semicondutoras são menores que a dos motores 16

17 Limitador de corrente Referência Referência REGULADOR de velocidade de corrente DE + VELOCIDADE + LIMITADOR I III II I REGULADOR DE CORRENTE CIRCUITO DE CHAVEAMENTO CONVERSOR MOTOR Carga SENSOR DE CORRENTE SENSOR DE VELOCIDADE II III Análise do controle Realimentação de velocidade e de corrente O sistema de controle limita o pico de corrente para valores suportáveis pelo conversor A referência da corrente depende do erro de velocidade Sem o limitador, um grande erro na velocidade provocaria uma grande corrente de referência 17

18 Exercício Considerando o sistema de esteira rolante da figura abaixo, calcular o torque requerido de um motor para acelerar uma carga de 0,5 kg de uma situação de repouso até a velocidade de 1 m/s em um tempo de 3 s. Assumir que o torque do motor é constante durante este intervalo. O raio da polia é r = 0,1 m e o momento de inércia do motor é J m = 0,006 kg m 2. Sistema de Esteira Rolante M v r MOTOR 18

19 Solução Cálculo da aceleração v (m/s) 1 d v = d t m s 2 t (s) Solução Cálculo da força inicial na carga dv 1 FL = m FL = 0,5 = dt 3 0,166 N 19

20 Solução Cálculo do conjugado devido à inércia do motor. Cm = dw Jm dt Cm = Jm d v r d t 1 C m = 10 0,006 = 3 0,02 N m Solução Cálculo do T em desenvolvido pelo motor T em = 0, ,02 T em = 0,0366 N m 20