Universidde Federl do ABC Pós-grdução em Engenhri Elétric Aplicções de Conversores Estáticos de Potênci José L. Azcue Pum, Prof. Dr. Acionmento de Mquins CC 1
Conversores pr cionmento de motores Acionmento de motores CC Conversor CA/CC (retificdor controldo) Conversor CA/CC-CC/CC 2
Aciondores CC 50Hz 1-ph o o 2 m cos Tensão médi T=10ms (50 Hz) 2 m 2m 90 o 180 o 400 200 0-200 -400 0.4 0.405 0.41 0.415 0.42 0.425 0.43 0.435 0.44 10 5 I 0 0.4 0.405 0.41 0.415 0.42 0.425 0.43 0.435 0.44 3
Aciondores CC 50Hz 3-ph 3 L L, m o 90 o 180 o 3 L L, m o 3L L,m Tensão médi T=3.33 ms cos 500 0-500 0.4 0.405 0.41 0.415 0.42 0.425 0.43 0.435 0.44 30 20 10 I 0 0.4 0.405 0.41 0.415 0.42 0.425 0.43 0.435 0.44 4
Aciondores CC Retificdor controldo trifásico i t Fonte trifásic t Q2 Q1 Q3 Q4 I Operção no primeiro e qurto qudrnte 5
Retificdor Controldo 6
Aciondores CC Fonte trifásic t Fonte trifásic t Q2 Q3 Q1 Q4 I 7
Retificdor Controldo v c Circuito dispro Retificdor controldo v c (s)? v (s) Motor CC A relção entre v c e v é determindo pelo circuito de dispro É desejável um relção liner entre v c e v 8
Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m 0 2 3 4 Tensão de entrd v c v t Sinl dente de serr e sinl de controle Sinl de dispro Tensão de síd 9
Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m 0 2 3 4 v c v t v v t c v v c t v c 2 m cos 2 m cos v v c t Relção não liner entre e v c 10
Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m 0 2 3 4 Tensão de entrd v c v s Sinl cossenoide comprd com v c Pulsos de dispro pr os SCRs Tensão de síd 11
Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro s cos(t) m s cos() = v c 0 2 3 4 cos 1 v v c s v c v s 2 m cos 2 m cos cos 1 v v c s 2 m v v c s Relção liner entre v c e 12
Retificdor Controldo Controle em Mlh Abert v c Circuito de dispro Retificdor controldo Motor CC modeldo como R-L e dc 13
Retificdor Controldo Controle em Mlh Fechd i ref Controldor de corrente v c Circuito dispro Retificdor controldo O torque pode ser controldo Oper no Q1 e Q4 14
Aciondores CA/CC-CC/CC Retificdor não controldo controle Conversor CC/CC 1-Qudrnte 2-Qudrnte 4-Qudrnte 15
Aciondores CC CA/CC - CC/CC controle 16
Acionmento CC Conversor CC/CC (Chopper) de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - T1 conduz v = dc 17
Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - D2 conduz v = 0 T1 conduz v = dc E b Qudrnte 1 A tensão médi é mior que fcem (Eb) 18
Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - D1 conduz v = dc 19
Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - T2 conduz v = 0 D1 conduz v = dc E b Qudrnte 2 A tensão médi é menor que fcem (Eb), forçndo ssim que corrente circule no outro sentido. 20
Aciondores CC Conversor CC/CC de dois qudrntes Modulção PWM 2v tri v c v A dc - 0 v c 21
Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc Q4 D4 D2 Q2 Corrente positiv v = dc qundo Q1 e Q2 conduzem 22
Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc D4 D2 Q4 Q2 Corrente positiv v = - dc v = 0 qundo D3 e D4 conduzem A corrente circul livremente trvés de Q e D 23
Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc Q4 D4 D2 Q2 Corrente negtiv v = dc qundo D1 e D2 conduzem 24
Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc D4 D2 Q4 Q2 Corrente negtiv v = - dc v = 0 qundo Q3 e Q4 conduzem A corrente circul livremente trvés de Q e D 25
Aciondores CC Estrtégi de modulção bipolr tensão de síd: DC e - DC 2v tri v c dc v A v B v A dc 0 - - v B dc 0 v c _ v AB dc - dc 26
Aciondores CC Estrtégi de modulção unipolr tensão de síd: DC e 0 v c tri -v c dc v A - v B - v A 0 dc v c _ v B 0 dc dc v AB 0 -v c 27
Aciondores CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes 200 Corrente de rmdur 200 dc 150 100 dc 150 100 Corrente de rmdur 50 50 0 0-50 -50 dc -100-100 -150-150 -200-200 0.04 0.0405 0.041 0.0415 0.042 0.0425 0.043 0.0435 0.044 0.0445 0.045 0.04 0.0405 0.041 0.0415 0.042 0.0425 0.043 0.0435 0.044 0.0445 0.045 Modulção bipolr Modulção unipolr O ripple é menor A frequênci de síd é efetivmente o dobro 28
Controle de Corrente por histerese Controle de corrente por Histerese i dc i ref v i ref _ i err q q i err = i ref i Implementção simples, insensível vrições prmétrics Frequênci de chvemento vriável i err 29
Controldor de Corrente PI dc i ref PI v c Pulse width modultor q Requer o modelo dos sistem pr o projeto dequdo do controldor PI Frequênci de chvemento constnte 30
Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Sinis de chvemento gerdos trvés d comprção do sinl tringulr com o sinl de controle c dc v tri v c q Desejmos estbelecer relção entre v c e Tensão MÉDIA v c (s)? (s) Motor CC 31
Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) v c T tri Síd do comprdor 1 q 0 c > tri c < tri 1 0 d 1 T d tri t t t T on tri T tri q dt t on dc 0 1 T tri 0 dt t ri dc dt d dc 32
Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) tri 0 v c Pr v c = - tri d = 0 Pr v c = 0 d = 0.5 - tri Pr v c = tri d = 1 d d 0.5 1 2 tri v c 0.5 v c - tri tri 33
Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Assim relção entre c e é : 0.5 dc 2 dc tri v c Introduzindo perturbções em c e e seprndo s componentes CC e CA : CC: 0.5 dc 2 dc tri v c CA: v~ dc ~ v c 2tri 34
Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Aplicndo trnsformd de Lplce v v c (s) (s) 2 dc tri v c (s) 2 dc tri v (s) DC motor 35
Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção Bipolr dc 2v tri v c q - dc v tri dc v c dc AB v A 0 dc v B 0 q dc d A 0.5 v c 2 tri d B 1 d A 0.5 v c 2 tri v AB - dc A 0.5 dc 2 dc tri v c B 0.5 dc 2 dc tri v c A B AB dc tri v c 36
Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção Bipolr v v b c ( s) ( s) dc tri v c (s) dc tri v b (s) DC motor 37
Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção unipolr dc Brço b v c tri -v c v tri dc v c q Brço v A v tri -v c q b v B d A A 0.5 0.5 dc v c 2 tri dc 2 tri v c d B B 0.5 0.5 dc v 2 c tri dc 2 tri v c A B v AB AB dc tri v c Igul o cso nterior 38
Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção unipolr v v b c ( s) ( s) dc tri v c (s) dc tri v b (s) DC motor 39
Motor CC com excitção seprd v t i R L di dt e T e T L B J d dt Modelo pr pequenos sinis, perturbr: t, i, e, T e, T L e Componentes c ~ ~ di dt ~ ~ T k i v ~ t i R L e~ e E e ~ E ~ k ~ ~ d( ~ ) Te TL B ~ J dt Componentes cc t I T k e R E I E k E T e T L E B 40
Motor CC com excitção seprd Aplicndo trnsformd de Lplce ~ ~ di dt v ~ t i R L e~ ~ T e k E ~ i e ~ ke ~ ~ ~ d( ~ ) Te TL B ~ J dt t (s) = I (s)r L si (s) E (s) T e (s) = k E I (s) E (s) = k E (s) T e (s) = T L (s) B(s) sj(s) 41
Motor CC com excitção seprd T L (s) t (s) - 1 R sl I (s) T e (s) - 1 (s) k E B sj E (s) k E Digrm de Blocos do motor CC com excitção seprd 42
Controle do Torque em Mlh fechd v tri q T c Torque controller dc q k t Motor CC T e (s) - Torque controller Converter dc tri,pe k t (s) - 1 R sl T l (s) I (s) T (s) k e - 1 (s ) T B sj k E 43
Controle d elocidde em Mlh Fechd Projeto do controldor Começr pel mlh intern (controle de corrente ou torque), mis rápid mior lrgur de bnd Mlh extern (posição ou velocidde), mis lent menor lrgur de bnd O projeto começ pel mlh mis intern 44
Controle d elocidde em Mlh Fechd OBJETIOS: Respost rápid mior lrgur de bnd Overshoot menor bo mrgem de fse (>65 o ) Erro em regime pequeno gnho CC lto Digrm BODE MÉTODO Obter o modelo pr pequenos sinis Projetr os controldores bsedo neste modelo Relizr simulção 45
Controle em Mlh Fechd Exemplo R = 2 B = 1 x10 4 kg.m 2 /sec k e = 0.1 /(rd/s) L = 5.2 mh J = 152 x 10 6 kg.m 2 k t = 0.1 Nm/A dc = 60 tri = 5 f s = 33 khz Sinis de chvemento obtids d comprção de v c e ond tringulr. Utilizr controldores PI B Coeficiente de trito viscoso J Momento de inérci 46
Controldor de Torque Projeto do controldor de torque Te* Controldor Torque t Função de trnsferênci Te T e t 1 ( B kt R sl kekt sj )( R sl ) (TL=0) 47
Controldor de Torque Projeto do controldor de torque Gnho em mlh bert compensdo k pt = 90 k it = 18000 compensdo 48
Controldor de Torque Mrgem de fse Sem compensr Compensdo 49
Controldor de Torque Respost o degru Mlh fechd 50
Controldor de elocidde Projeto do controldor de velocidde * Controldor T* 1 T 1 velocidde B sj Mlh do torque 51
Controldor de elocidde Projeto do controldor de velocidde Gnho em mlh bert k ps = 0.2 k is = 0.14 compensdo compensdo 52
Controldor de elocidde Mrgem de fse Sem compensr Compensdo 53
Controldor de elocidde Respost o degru Mlh fechd 54
Resultdos Resultdos de simulção Reversão de velocidde sem crg 55
Trblho de simulção 1 Projetr um compensdor (PI, vnço, trso, etc.) com o objetivo de controlr velocidde de um motor de corrente continu (reversão de velocidde em degru e trpezoidl considerndo crg nominl). Escolh os prâmetros e vlores nominis de um MCC Simulr o sistem utilizndo os modelos tnto do conversor como d máquin. Fç um reltório de no máximo 6 págins, fonte Times New Romn, tmnho 12, espçmento 1,5. O trblho (reltório (pdf) rquivo de Simulink/Mtlb) deverá ser encminhdo pr o e-mil: jose.zcue@ufbc.edu.br, com o ssunto Trblho de Simulção 01 EEL101 1Q2018 (sem s sps), té às 13h do di 13-03-2018. 56
Referêncis Bibliográfics 1. Nik R. N. Idris, slides d disciplin Electricl Drives, http://encon.fke.utm.my/rumzi.html 2. RASHID, M.H. Eletrônic de Potênci - Circuitos, Dispositivos e Aplicções. Ed. São Pulo: Mkron Books, 1999. 3. MOHAN, N.; UNDELAND, T.M.; ROBBINS, W.P. Power Electronics: Converters Applictions nd Design 2. Ed. New York: Editor John Wiley & Sons, 1995. 4. Pomilio, J.A.; Apostils d disciplin de Eletrônic de Potênci, http://www.dsce.fee.unicmp.br/~ntenor/ 5. Rech, C.; Slides d disciplin Controle de Conversores Estáticos, http://www.joinville.udesc.br/portl/professores/cssino 57