Sistems de Accionmento e Movimentção Controlo de Motores de Corrente Contínu FEUPLEEC. SAM 1 Motores de corrente contínu. Introdução (históric) Historicmente, o motor CC, foi utilizdo de modo universl no controlo de velocidde, té o precimento, em forç, dos inversores de tensão, bsedos em semicondutores de potênci (tirístores, inicilmente, e GTOs e IGBTs mis recentemente) ssocidos os motores CA. O sistem conhecido como WrdLeonrd foi utilizdo durnte lrgo tempo em ccionmentos de elevdo desempenho. Aind hoje, um prte importnte dos ccionmentos controldos é um versão electrónic do sistem WrdLeonrd. FEUPLEEC. SAM 2
O sistem WrdLeonrd (curiosidde). Digrm Controlo de cmpo do gerdor 5 1 Motor CA 2 Gerdor CC Conjunto WrdLeonrd 3 Excittriz Crg cciond 4 Motor controldo 6 Controlo de cmpo do motor Digrm de controlo de um sistem WrdLeonrd pr um motor CC. FEUPLEEC. SAM 3 O sistem WrdLeonrd. Descrição 1. No rrnque, excitção do gerdor é proximdmente nul, grntindo um tensão no induzido perto de zero. Est tensão é plicd o motor controldo. A tensão de excitção do motor é colocd no seu vlor máximo (o nominl). 2. O umento d tensão de excitção ument tensão plicd o motor, grntindose, tmbém, controlo d polridde. 3. O controlo de velocidde do motor é obtido prtir do controlo d excitção do gerdor. 4. O sistem possibilit frengem regenertiv bstndo, pr isso, diminuir tensão no induzido do motor. A corrente invertese e o gerdor pss funcionr como motor. O motor CA, por seu ldo, pss funcionr como gerdor devolvendo energi à rede. FEUPLEEC. SAM 4
O sistem WrdLeonrd. Descrição A mnutenção do cmpo indutor do motor constnte, no seu vlor máximo, permite obter o máximo binário em função d corrente. No entnto, máxim velocidde possível é tingid com máxim tensão n rmdur, que é função do vlor máximo do cmpo do gerdor. Est velocidde máxim tom designção de velocidde bse do motor. No entnto, os motores são projectdos pr operr velociddes superiores est velocidde bse, té 2 3 vezes. A redução d tensão de excitção plicd o motor (designd por enfrquecimento de cmpo), diminui f.e.m., permitindo que velocidde sub. Nest zon de operção, o binário disponível diminui, já que é proporcionl quer à corrente n rmdur quer o fluxo. Trtse de um operção potênci constnte. FEUPLEEC. SAM 5 O sistem WrdLeonrd. Crcterístics A utilizção de conversores estáticos de potênci substituíu o sistem WrdLeonrd rottivo que, tendo um bom comportmento dinâmico, present lgums desvntgens. O custo do sistem (com diverss máquins rottivs), mnutenção, e o dimensionmento são s principis. O motor e o gerdor do sistem devem ter um dimensionmento em potênci superior o do motor; o espço ocupdo e mnutenção (especilmente do gerdor CC colector e escovs), são desvntgens importntes. O ruído e vibrção gerdos por este sistem são desvntgens que não existem no sistem estático. FEUPLEEC. SAM 6
O motor de corrente contínu (revisão). Estrutur e circuitos 17 18 1 2 N S ω 1 2 I 14 15 13 16 12 18 1 2 17 B 3 16 1 4 15 A 1 I 5 14 6 A I 13 2 B 7 12 2 8 11 10 9 11 10 9 8 7 3 1 2 I 4 F 1 5 6 F 2 A 1 A 2 Estrutur (corte) e circuitos de um motor de corrente contínu. O motor de corrente contínu contém dois circuitos: o do cmpo e o do induzido. O do cmpo situse n prte fix do motor e consiste em enrolmentos colocdos à volt dos polos mgnéticos do esttor. FEUPLEEC. SAM 7 O motor de corrente contínu. Estrutur e circuitos O número de polos é pr e os enrolmentos são percorridos pel mesm corrente. Terminm nos pontos F 1 e F 2. O objectivo do circuito indutor é mgnetizr os polos do motor, crindo um fluxo mgnético no entreferro, entre o esttor e o rotor. O circuito indutor não será necessário se forem utilizdos ímnes permnentes no esttor. O circuito de potênci de um motor CC é rmdur, e está situdo no rotor. Consiste em enrolmentos colocdos em rnhurs. Se metde de um enrolmento está sob um polo norte, outr metde estrá sob o polo sul djcente. FEUPLEEC. SAM 8
O motor de corrente contínu. Estrutur e circuitos Qundo circul corrente num enrolmento, s forçs devids à intercção entre corrente e o fluxo serão iguis e oposts nos dois ldos do enrolmento. Junts produzem o binário com que o enrolmento contribui pr o binário totl. Os enrolmentos são ligdos em série formndo um circuito fechdo. A rmdur dispõe, ind, de um comutdor (colector) constituído por um conjunto de lâmins isolds ums ds outrs. Os terminis finl de um bobin e inicil d bobin djcente são ligdos à mesm lâmin. O comutdor está fixo o rotor e rod com ele. A corrente cheg às bobins trvés de um pr de escovs de grfite que contctm com s lâmins do colector. Grntese, ssim, um corrente constnte sob um polo do esttor, independentemente do movimento do rotor. FEUPLEEC. SAM 9 O motor de corrente contínu. Estrutur e circuitos O conjunto comutdorescovs permite trnsformr um fonte de corrente contínu num corrente lternd, que circul ns bobins. Este conjunto é, no entnto, um desvntgem dos motores CC umentndo o seu custo e, fundmentlmente, su mnutenção. As escovs e, mis lentmente, s lâmins do colector, deteriormse com o tempo. Tmbém, imperfeição d rotção implic ocorrênci de rcos eléctricos, impedindo utilizção deste motor em mbientes perigosos. Apesr d excelente regulção e controlbilidde do motor CC, este tem perdido muitos cmpos de plicção, nos ccionmentos controldos, em detrimento do motor ssíncrono. FEUPLEEC. SAM 10
O motor de corrente contínu. Estrutur e circuitos Um crcterístic fundmentl do motor CC, responsável pelo seu bom desempenho dinâmico, é o fcto de os circuitos mgnéticos do cmpo indutor e d rmdur estrem mutumente descopldos. O fluxo crido pelo indutor não lig com os enrolmentos d rmdur. As orientções espciis dos fluxos são fixs e não dependem d rotção do motor. Sendo direcções perpendiculres, verificse o descoplmento mgnético referido. A rápid vrição d corrente d rmdur, em cso de perturbção dinâmic, pode ser obtid sem hver intercção do fluxo indutor. FEUPLEEC. SAM 11 N Orientções espciis do fluxo indutor e d f.m.m. d rmdur num motor CC. S φ A φ F O motor de corrente contínu. Binário e f.e.m. Sendo s direcções d corrente d rmdur e do fluxo indutor perpendiculres, desenvolvese um forç electromgnétic em cd condutor proporcionl à corrente e o fluxo. O binário resultnte nos diversos condutores somse, resultndo: T = 1 K ΨI Ψ é o fluxo por polo, I é corrente n rmdur e K 1 um constnte de proporcionlidde (dimensões, número de polos, etc). A rotção do motor fz induzir um f.e.m. nos condutores, proporcionl à velocidde e o fluxo por polo: E = K 2 Ψω Ψ é o fluxo por polo, ω é velocidde ngulr do motor e K 2 um constnte de proporcionlidde (dimensões, número de polos, etc). FEUPLEEC. SAM 12
O motor de corrente contínu. Binário e f.e.m. Se s equções de binário e f.e.m. forem expresss em uniddes SI s constntes K 1 e K 2 são iguis. A potênci eléctric convertid em mecânic é: A potênci mecânic é: ou sej: Assim, em regime permnente: P = EI = K2ΨωI P 1 = Tω = K ΨIω K2ΨωI = K1ΨIω E = KΨω T = KΨI FEUPLEEC. SAM 13 i f O motor de corrente contínu. Binário e f.e.m. R i F 1 I f I A 1 V f R f L R v V f L f E R f Circuitos do cmpo e d rmdur, em regime dinâmico e em regime permnente. Em regime dinâmico devem ser considerds s indutâncis dos dois circuitos, L f e L. A evolução ds correntes será dd por: di v = L Ri E dt di f V f = L f R f i f dt Em regime permnente: V = R I E V f = FEUPLEEC. SAM 14 R f I f F 2 V E A 2
O motor de corrente contínu. Sturção do motor A relção entre corrente de cmpo e o fluxo depende d relutânci do circuito mgnético. Sendo liner num zon lrgd de corrente, stur pr vlores mis elevdos. Em gerl, o ponto de funcionmento nominl do motor já se encontr ligeirmente n zon de sturção. E (V) 300 Velocidde 1000 rpm 200 100 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 I f (A) Curv de mgnetizção de um motor CC. FEUPLEEC. SAM 15 O motor de corrente contínu. Métodos de excitção do motor Os circuitos d rmdur e do cmpo podem ser colocdos: em prlelo: motor shunt ; em seprdo: motor de excitção seprd; em série: motor de excitção série. O fluxo no motor depende d f.m.m. crid (NI). O mesmo fluxo pode ser obtido com poucs espirs e corrente elevd (motor série), ou por muits espirs e corrente pequen (motor shunt e de excitção seprd). Nturlmente, excitção seprd permite um mior flexibilidde sendo utilizd n mior prte dos ccionmentos. Apens no domínio d trcção eléctric existem os motores série. FEUPLEEC. SAM 16
Controlo de motores CC, de exc. seprd. Conversores electrónicos F 1 A 1 I f I Conversor do cmpo V f R f E R V Conversor d rmdur F 2 A 2 Conversores electrónicos pr um motor de excitção seprd. Se fonte disponível é CC, utilizmse conversores CC/CC ( prtir de bteris, em trcção eléctric de pequen potênci); Se fonte disponível é CA, utilizmse conversores CA/CC (monofásicos ou trifásicos). A potênci do conversor de cmpo é muito inferior à do conversor d rmdur, podendo mbos ter síd vriável. FEUPLEEC. SAM 17 Controlo de motores CC, de excitção seprd. Controlo de velocidde N rmdur: E = V R I V R A velocidde é express por: V R I ω = KΨ Distinguemse dus zons de funcionmento em velocidde: com fluxo constnte, em que velocidde depende linermente de V (R I é um prcel de perds, em gerl pouco significtiv); com tensão V constnte, em que velocidde depende inversmente do fluxo. Nest zon, um umento de velocidde corresponde um redução do binário disponível. FEUPLEEC. SAM 18 I = KΨω ou 1 ω = V KΨ R T KΨ
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Controlo de velocidde N zon de fluxo constnte s curvs Tn são rects prlels com inclinção negtiv. n n n δ=δ 1 δ=δ 2 T n 0 T n T n n Crcterístics Tn n zon de fluxo constnte pr qutro qudrntes e em função do prâmetro de controlo. FEUPLEEC. SAM 19 Controlo de motores CC, de exc. seprd. Zons de funcionmento p.u. 1.0 T, I, Φ f, I f V, I E V E T, Φ f, I f 0 1.0 Zon de binário constnte Zon de potênci constnte ω m (p.u.) Binário disponibilizdo por um motor de excitção seprd. Nturlmente, em regime trnsitório, o motor poderá desenvolver um binário superior o nominl, de cordo com cpcidde de corrente ssocid. FEUPLEEC. SAM 20
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Zons de funcionmento A crcterístic de um ccionmento deve estenderse por qutro qudrntes. Acim de n n, velocidde depende inversmente do fluxo. A um umento de velocidde corresponde um redução do binário disponível. T T n 0 n n n n máx Envolvente d zon de funcionmento de um motor CC. FEUPLEEC. SAM 21 Controlo de motores CC, de exc. seprd. Comportmento dinâmico do motor Pr o motor CC, com fluxo constnte, temse: di v = L Ri E dt dω T = J Bω dt Aplicndo trnsformd de Lplce: T WL sendo V ( s) = E( s) ( R sl ) I( s) T ( s) = TWL( s) ( B sj ) ω( s) E( s) = Kω( s); T ( s) = KI ( s); ω( s) = sθ( s) FEUPLEEC. SAM 22
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Comportmento dinâmico do motor Associndo s dus equções nteriores: ω( s) = ( R K sl V ( s) 2 sl )( sj B) K ( R sl )( sj B) R K 2 T WL ( s) T WL (s) V(s) I(s) T(s) ω (s) 1 K 1 R T sl BsJ 1 s θ(s) E(s) K E K T e K E são iguis. Digrm de blocos de um motor de excitção seprd. FEUPLEEC. SAM 23 Controlo de motores CC, de excitção seprd. Comportmento dinâmico do motor Considerndo o motor um sistem liner (pens dependente do circuito de cmpo) equção gerl nterior result em dus funções de trnsferênci: ω( s) G1 ( s) = V ( s) G 2 ω( s) ( s) = T = R sl K sj T WL ( s) = 0 ( )( ) = WL ( s) V ( s) = 0 ( R sl )( sj B) R B sl A velocidde depende de dus vriáveis ctuntes no motor: tensão d rmdur e o binário resistente. K 2 K 2 FEUPLEEC. SAM 24
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Comportmento dinâmico do motor Considerndo B=0 (hbitulmente pequeno e desprezável): K 1 G1 ( s) = = 2 sj ( R ) 2 L J R J sl K K s s 1 2 2 K K Definindo s constntes de tempo mecânic e eléctric: R J L τ m = ; τ 2 e = K R 1 G1 ( s) = 2 K( s τmτe sτm 1) Admitindo τ m >>τ e obtémse: ω( s) 1 G1( s) = V ( s) K sτ 1 sτ 1 ( )( ) FEUPLEEC. SAM 25 m e Controlo de motores CC, de exc. seprd. Controlo de velocidde em mlh fechd ω ref I (ref) V c Conversor d rmdur S C ω f Limitção de corrente I Mlh de velocidde Mlh de corrente Motor SS I f Enfrquecimento de cmpo FW I f(ref) Controlo em mlh fechd pr um motor de excitção seprd. O sistem present dus mlhs de controlo pr corrente d rmdur: mlh interior, de corrente, e mlh exterior, de velocidde. Conversor do cmpo FEUPLEEC. SAM 26
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Controlo de velocidde em mlh fechd O controlo em csct pode ser plicdo um mlh exterior de controlo de posição em servoccionmentos. A posição de referênci é comprd com posição ctul (obtid prtir de um sensor proprido). A síd do controldor de posição corresponde um vlor de referênci pr velocidde. Enfrquecimento de cmpo O enfrquecimento de cmpo é obtido utomticmente prtir do bloco FW. Do ponto de vist do controldor, o sistem tornse não liner. Limitção de corrente A limitção de corrente no conversor obtémse prtir d limitção d síd do mplificdor de erro de velocidde. FEUPLEEC. SAM 27 Controlo de motores CC, de exc. seprd. Conversores CC/CC Os conversores CC/CC podem ser de um, dois ou qutro qudrntes. Permitem impôr um frequênci de comutção elevd, diminuindo ondulção de corrente no motor. A A S D V cc B i V cc B i D ω S ω C C Conversor CC/CC de um qudrnte no modo motor e em frengem. No conversor de um qudrnte, pode ocorrer condução descontínu. Não permite efectur frengem directmente. FEUPLEEC. SAM 28
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CC/CC V cc I I f V t Φ V f Conversor CC/CC de 2 qudrntes. O conversor CC/CC de dois qudrntes pens funcion em condução contínu, o que fcilit regulção do sistem. Em qulquer conversor CC/CC, no modo de frengem tornse necessário que fonte de limentção CC tenh cpcidde de receber energi recuperd. T, ω FEUPLEEC. SAM 29 Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CC/CC A inversão do sentido de rotção de um motor pode ser obtid prtir d inversão d polridde os terminis d rmdur ou invertendo o cmpo. A inversão do cmpo é mis lent (circuito muito indutivo). A inversão d tensão os terminis d rmdur pode ser relizd de dus forms: utilizndo dois pres de contctos electromecânicos ou utilizndo um conversor de qutro qudrntes. S F A 1 R F 1 V cc Conversor do cmpo V cc D R A 2 F F 2 Conversor CC/CC de um qudrnte. Inversão os terminis d rmdur. FEUPLEEC. SAM 30
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CC/CC O conversor de qutro qudrntes permite um dinâmic muito superior. F 1 S 1 D 1 S 3 D 3 V cc A 1 A 2 Conversor do cmpo V cc S 2 D 2 ω S 4 D 4 F 2 Conversor CC/CC de qutro qudrntes. Há diferentes métodos de controlo pr este conversor: S 2 e S 3 off, S 4 on. S 1 control tensão plicd. S 3 off, S 4 on. S 1 e S 2 controlm tensão plicd. S 1, S 2, S 3 e S 4 controlm tensão plicd. FEUPLEEC. SAM 31 Controlo de motores CC, de exc. seprd. Conversores CC/CC ondulção d corrente A tensão de síd dos conversores electrónicos não é constnte, present ondulção que, por su vez provoc ondulção de corrente. Admitindo f.e.m. constnte, tensão e corrente n rmdur são: v( t) = V v ( t) FEUPLEEC. SAM 32 r i( t) = I i ( t) Substituindo n expressão instntâne d tensão n rmdur: di t V v t E R [ I i t ] L r ( ) r ( ) = r ( ) dt Result pr o vlor médio e ondulção: v r V = E RI di t t R i t L r ( ) ( ) = r ( ) dt r
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CC/CC ondulção d corrente Admitindo que resistênci tem um efeito desprezável: v r ( t) L dir ( t) dt v i= V 2L f s v i= V 8L f s V i V i 0 t 0 t V T s =1/f s T s =1/f s Ondulção de corrente num conversor CC/CC de qutro qudrntes, com métodos de controlo distintos. O mesmo vlor médio está ssocido vlores eficzes diferentes, umentndo s perds em R, no primeiro cso. FEUPLEEC. SAM 33 Conversores CC/CC. Recuperção de energi pr fonte CA. Se o brrmento CC não permite o trânsito bidireccionl de potênci tornse necessário dissipr energi devolvid o brrmento CC. L f V s Controlo R b T b C f Conversor CC/CC de 1, 2, ou 4 qudrntes Motor CC U f Φ Circuito de frengem pr conversores CC/CC. Em gerl, o trnsístor T b fz prte dos módulos integrdos de semicondutores de potênci plicáveis em controlo de motores. FEUPLEEC. SAM 34
Conversores CC/CC. Recuperção de energi pr fonte CA. A bidireccionlidde de potênci no brrmento CC (por inversão d corrente) é feit por um inversor de tensão (monofásico ou trifásico) funcionr como rectificdor. i cc T L 1 i s s v s v inv T 3 C v cc Conversor CC/CC de 1, 2, ou 4 qudrntes Motor CC U f Φ T 4 T 2 Interfce pr rede CA com possibilidde de recuperção de energi. A topologi grnte, ind, fctor de potênci unitário e corrente de entrd sinusoidl. FEUPLEEC. SAM 35 Conversores CC/CC. Filtro do brrmento CC O filtro do brrmento CC é utilizdo pr dus funções: Filtrr tensão de síd de um rectificdor (se existir) grntindo um ondulção especificd; Filtrr corrente de entrd pedid pelo conversor CC/CC à fonte CC (bteri, por exemplo). L f i i i cc Motor CC i s U f v s Conversor CA/CC (díodos) v i C f v cc Conversor CC/CC Φ Filtro LC n entrd de um conversor CC/CC. FEUPLEEC. SAM 36
Controlo de motores CC, de exc. seprd. Conversores CA/CC Um prte importnte dos ccionmentos industriis é bsed em rectificdores tiristorizdos, devido à disponibilidde d rede CA. O circuito do cmpo poderá ser não controldo (ponte de díodos) ou controldo (ponte tiristorizd, em gerl mist), permitindo velociddes superiores à nominl. A possibilidde de frengem ou de inversão do sentido de rotção depende ds configurções implementds. A inversão de sentido obtémse por inversão do cmpo ou por inversão d tensão n rmdur. A inversão do cmpo indutor é um processo lento, comprdo com inversão d tensão n rmdur. A inversão d tensão n rmdur pode ser obtid por processos electromecânicos ou por processos estáticos. FEUPLEEC. SAM 37 Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC inversão d rotção L F R F 1 A 1 A 2 R F F 2 Inversão d tensão n rmdur prtir de contctores. Aumentndo o ângulo de dispro, corrente nulse. De seguid, é berto o contctor F. O ângulo de dispro é umentdo pr vlores superiores 90º, permitindo tensões negtivs superiores à f.e.m. É fechdo o contctor R, inicindose condução no circuito (frengem). Diminuindo α, tensão invertese e o motor inici rotção no sentido inverso. FEUPLEEC. SAM 38
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC inversão d rotção 1 2 Inversão do cmpo indutor prtir de rectificdores em ntiprlelo. Aumentndo o α d rmdur, corrente nulse. No indutor, α é umentdo pr vlores superiores 90º, nulndo corrente de cmpo e f.e.m. Após um intervlo de segurnç, ponte 2 é disprd, invertendose corrente de cmpo e f.e.m. (frengem). Controlndo o conversor d rmdur o motor inici rotção no sentido inverso. FEUPLEEC. SAM 39 Controlo com conversores CA/CC. Ondulção d corrente e corrente descontínu A ondulção de tensão de síd dos conversores CA/CC, ssocid à respectiv frequênci, é mis importnte que nos conversores CC/CC. Tl como nestes, provoc ondulção n corrente com os efeitos já descritos. A ondulção d corrente n síd de rectificdores pode ser clculd prtir do método do primeiro hrmónico. Consiste em proximr corrente de síd pel som do seu vlor médio com o primeiro termo hrmónico. Este termo depende, nturlmente, do topologi do conversor e do respectivo ângulo de dispro. Tmbém pr este método (proximdo) se pode dmitir que resistênci d rmdur não contribui pr impedânci do circuito que limit ondulção d corrente. O método do primeiro hrmónico só é válido em condução contínu. FEUPLEEC. SAM 40
Controlo com conversores CA/CC. Ondulção d corrente e corrente descontínu Com binários/crgs bixs, o vlor médio d corrente é bixo. Se ondulção d corrente for significtiv, est pode tornrse descontínu, introduzindo um dependênci entre o vlor médio d tensão de síd e o vlor médio d corrente (considerndo f.e.m. constnte). É um crcterístic de não lineridde. n rpm 1500 1000 500 0 500 1000 1500 Corrente descontínu Corrente contínu Binário nominl FEUPLEEC. SAM 41 α =0º α =45º α =75º α =90º α =105º α =135º α =180º T N.m Exemplo (trifásico) de crcterístic velociddebinário. Controlo com conversores CA/CC. Ondulção d corrente e corrente descontínu n rpm 1500 1000 500 0 500 1000 1500 Corrente descontínu Corrente contínu Binário nominl α=0º α=45º α=75º α=90º α=105º α=135º α=180º T N.m Exemplo (monofásico) de crcterístic velociddebinário. Nturlmente, condução descontínu tmbém ocorre nos conversores CC/CC de um qudrnte. FEUPLEEC. SAM 42
Controlo de motores CC, de exc. seprd. Conversores CA/CC em ntiprlelo (introdução) K A V V b V c Conversores CA/CC em ntiprlelo. O conversor d esquerd fornece tensão positiv e negtiv (em função de α Κ ) e corrente positiv um crg ligd entre K e N; O conversor d direit fornece tensão positiv e negtiv (em função de α Ν ) e corrente negtiv um crg ligd entre A e N. Se os conversores forem ligdos em ntiprlelo obtémse um sistem de qutro qudrntes. FEUPLEEC. SAM 43 N Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC em ntiprlelo Pr o conversor d esquerd: V = cosα KN V d 0 Pr o conversor d direit: V AN V d 0 p = cosα n K V V b Conversores CA/CC em ntiprlelo. Pr colocção em ntiprlelo s tensões de síd devem ser iguis, o que se obtém fzendo: 0 α α =180 p n N V c A Resultndo: V AN = V ( α )) = V cos( α ) cos( 0 d 0 p d p FEUPLEEC. SAM 44
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC em ntiprlelo Embor s tensões médis sejm iguis, s tensões instntânes não são, impedindo colocção direct em ntiprlelo. Existem diversos métodos de colocção em ntiprlelo de dois rectificdores: com bobins de ligção; sem bobins de ligção, com bnd mort ou com lógic de inversão Exemplo de conversores CA/CC em ntiprlelo. FEUPLEEC. SAM 45 v KN v cn v N van v cn v KA v N v bn v bn b c Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC em ntiprlelo K L M P P b P c N N b N c A Síd v KN P c t 1 t 2 t 4 t 6 P c t 8 P P b N N b N c t 3 t 5 t 7 v v b v c t 2 t 4 t 6 t 8 N Crg CC Conversores CA/CC em ntiprlelo, com corrente de circulção. Síd v AN v v b v c t 1 t 3 t 5 t 7 t 9 Exemplo de tensões existentes num grupmento de conversores CA/CC em ntiprlelo, com corrente de circulção. Síd v MN Tensão n bobin t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 t 2 t 1 t 3 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 t 9 t 10 FEUPLEEC. SAM 46
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversores CA/CC em ntiprlelo M L b c P Pontes trifásics em ntiprlelo, com corrente de circulção. Trtndose de conversores duplos é necessário um segund bobin pr limitr corrente de circulção. Há outrs configurções de ligção que podem ser utilizds, dispensndo segund bobin. FEUPLEEC. SAM 47 Conversores CA/CC em ntiprlelo. Exemplo de drive de qutro qudrntes A 1 F 1 b c b c F 2 A 2 3 6 7 I c 11 1 ω ref 2 I ref D 1 4 5 10 ω D 2 8 9 I f(ref) Drive de qutro qudrntes com pontes trifásics em ntiprlelo e corrente de circulção. FEUPLEEC. SAM 48
Controlo de motores CC, de excitção seprd. Conversor dul sem corrente de circulção Conversor P Conversor N L b c Lógic de inversão Q Q Lógic Lógic Circuito de sincronismo e de gerção de impulsos Sistem de qutro qudrntes sem corrente de circulção. FEUPLEEC. SAM 49 Controlo de motores CC, de excitção série. Num motor série, os enrolmentos do circuito de cmpo e d rmdur são colocdos em série. O circuito de cmpo terá poucs espirs, de secção elevd, e bix resistênci. Sendo o binário proporcionl à corrente d rmdur e à corrente de cmpo, tornse proporcionl o qudrdo d corrente n rmdur. No rrnque e às bixs velociddes, com um f.e.m. bix, é possível obter um binário muito elevdo prtir de um corrente elevd; às velociddes elevds, com f.e.m. subir, corrente decresce e o binário tmbém. É crcterístic típic de um sistem de trcção eléctric, o cmpo de plicção essencil do motor série. No entnto, present lgums dificulddes nível de métodos de controlo e do funcionmento em recuperção de energi. FEUPLEEC. SAM 50
Controlo de motores CC, de excitção série. Com o desenvolvimento d electrónic de potênci, o motor série pssou ser controldo por conversores CC/CC. S i L S 1 D A 1 S 2 A 2 ω Conversor CC/CC no controlo de um motor série. Pr inverter velocidde é necessário inverter o cmpo ou rmdur, ms não mbos. Tornse necessário utilizção de um contctor. FEUPLEEC. SAM 51 Controlo de motores CC, de excitção série. Durnte o funcionmento em frengem, com configurção do conversor CC/CC em stepup, é mis vntjoso colocr o motor como de excitção seprd, umentndo estbilidde. Est configurção permite um controlo mis eficiente de mbs s correntes, de cmpo e d rmdur, optimizndo o regime dinâmico. No entnto, s crcterístics de funcionmento do conjunto são não lineres. FEUPLEEC. SAM 52
Controlo de motores CC, de excitção série. O controlo, com relimentção do qudrdo d corrente d rmdur, permite obter crcterístics de funcionmento semelhntes às obtids com um motor de excitção seprd. n ref PI i L n S S 1 V cc D A 1 S 2 A 2 ω Controlo de um motor série com relimentção não liner d corrente. FEUPLEEC. SAM 53 Controlo de motores CC. Referêncis Electric Motor Drives Modeling, Anlysis nd Control, R. Krishnn, PrenticeHll, 2001 Power Electronics. Principles nd Applictions, J. Vithythil, McGrwHill, 1995 Electric Drives. An Integrtive Approch, N. Mohn, MNPERE, Minnepolis, 2001 FEUPLEEC. SAM 54