Alexandre Baratella Lugli, Fábio Martins Araújo, Giovanni Henrique F.Floriano, João Paulo da Silva, Joao Paulo Henriques, Romulo Mota Volpato, e Yvo Marcelo Chiaradia Masselli
DOSSIER SOBRE MECATRÓNICA 50 robótica
Controlo vetorial e escalar para motores de indução trifásicos Abstract - The control of three phase induction motors by means of frequency inverters can be used in several applications. In this article, a comparison between two these ontrols: scalar control and sensorless vector control. Will also be presented, compared and analyzed the results of the implementation of sensorless vector control to replace a control system climb a real load handling. Keywords - Frequency Inverters, motors, control vector, scalar control. Resumo - O controlo do motor de indução trifásico através de um inversor de frequência pode ser utilizado em diversos tipos de aplicações. Neste artigo será apresentado um comparativo entre dois desses controlos: o controlo escalar e o controlo vetorial sensorless. Serão também apresentados, comparados e analisados os resultados da aplicação de controlo vetorial sensorless em substituição a um sistema de controlo escalar numa carga real de comportamento dinâmico. Palavras-chave – controlo vetorial, controlo escalar, inversores de frequência, motores.
I. INTRODUÇÃO Algumas cargas necessitam de acionamentos que permitam um controlo da velocidade preciso e eficiente. Durante décadas os Motores de Corrente Contínua (MCC) foram aplicados nestes casos, apesar de apresentarem um alto custo de aquisição e manutenção. O grande avanço da eletrónica de potência tornou viável a aplicação de técnicas de controlo de velocidade em Motores de Indução Trifásicos (MIT) através da variação da frequência, e do valor eficaz da tensão estatórica aplicada no MIT por um inversor de frequência. Essa técnica proporciona um controlo preciso e eficiente da rotação do MIT. O aumento das aplicações alavancou o desenvolvimento de novas técnicas de controlo e o aprimoramento das técnicas já existentes de modo a obter controlos com respostas rápidas e de alta precisão. Dentre essas técnicas temos o controlo escalar, o controlo vetorial sensorless e o controlo vetorial com realimentação. Nesse artigo apresentamos uma comparação do controlo de velocidade via inversor de frequência no modo escalar com o do modo vetorial sensorless, buscando estabelecer qual deles proporciona uma maior eficiência energética e melhor resposta às variações do comportamento da carga.
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menor aquecimento; menor custo de manutenção devido a uma maior simplicidade e menor quantidade de componentes; menor tamanho e volume que o motor de corrente contínua (MCC) com a mesma potência. [1]
No que se refere ao controlo de velocidade, os motores de indução trifásicos, através da alimentação via inversores de frequência, possui um menor consumo, produz menos harmónicos e tem uma maior quantidade de recursos, permitindo operar a máquina de diversas maneiras. [1] [4] Os motores de indução trifásicos possuem uma construção simplificada, onde se destacam duas partes principais: o estator e o rotor. O estator é a parte fixa do motor, sendo composto por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas eletricamente entre si. As bobinas ou enrolamentos são ligadas no estator, e recebem a tensão trifásica da rede elétrica, produzindo um campo magnético girante com velocidade dependente da frequência da rede e do número de par de pólos do MIT, denominada velocidade síncrona, conforme indicado na Equação (1). [1] n1 =
60.f
(1)
p
onde: n1 é a velocidade síncrona [rpm]; f é a frequência da tensão estórica [Hz]; p é o número de par de pólos. 1 Outra parte importante é o rotor que possui um núcleo ferromagnético onde se localiza um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos. O rotor fica imerso no campo girante produzido pelas correntes que circulam nas bobinas do estator e os seus condutores paralelos são cortados pelas linhas de força desse campo. Essa interação induz uma diferença de potencial e, consequentemente, uma corrente induzida que produz um torque eletromagnético que faz com que o rotor gire. [1] A Figura 1 mostra a composição de um motor onde pode-se destacar o rotor e o estator.
Ventoinha
Placa de identificação Olhal
Caixa de ligações Enrolamentos estator Chaveta
II. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO MIT Os motores de indução trifásicos apresentam várias vantagens em relação aos motores de corrente contínua, entre as quais se destacam: • menor custo de aquisição; • melhor rendimento;
Rolamento Carcaça
Rotor
Figura 1. Motor de indução trifásico. [1]
Eixo Rolamento