Controle de Velocidade e Conjugado em Máquinas Elétricas Rotativas

1 Máquinas Elétricas II Aula 02 Controle de velocidade e conjugado em máquinas rotativas Prof Giancarlo Michelino Gaeta Lopes Unidade de Ensino 2 Competência da Unidade Conhecer e aplicar os conceitos de controle de velocidade em máquinas rotativas Resumo Nesta aula serão apresentados os conceitos de controle de velocidade em máquinas rotativas tais como a máquina CC síncrona e de indução Palavraschave Controle de velocidade Controle de conjugado Técnicas de controle em máquinas rotativas Título da Tele aula Controle de velocidade e conjugado em máquinas elétricas rotativas Tele aula nº 2 Contextualização Como é realizado o controle de velocidade e conjugado em máquinas rotativas Fonte bitly2kNCVVV Acesso em 22 set 2019 Fonte encurtadorcombrsqXA6 Acesso em 15 jul 2020 Contextualização Fonte encurtadorcombrbkYE1 Acesso em 15 jul 2020 E para um controle em malha fechada a partir de um sinal analógico Como otimizar o controle Como acionar as máquinas elétricas Controle de velocidade e conjugado nas máquinas de indução Máquina de polos variáveis O enrolamento de estator é projetado de modo que por alterações simples nas ligações das bobinas o numero de polos pode ser mudado na razão de 21 Fonte UMANS 2013 2 Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Controle via tensão do estator Varia a tensão do estator mantendo a frequência constante Pode ser controlado por um controlador CA a tiristores ou inversor 3 Usado extensivamente como dispositivo softstarter para motores de indução de velocidade constante Aumento da faixa de velocidade é feito a custo da redução do torque máximo Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Controle via tensão do estator V1V2V3V4V5 Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Controle via tensão do estator Vantagens Simples implementação Desvantagens i Não é recomendado para cargas que necessitem de torque constante nem elevados conjugados de partida ii Faixa de ajuste de velocidade relativamente estreita Aplicações Sistemas de baixo desempenho e potência como ventiladores e bombas centrífugas baixo torque de partida Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Controle via frequência de entrada Permite controle de torque e velocidade O fluxo aumenta para uma diminuição da frequência à tensão constante Para baixas frequências as reatâncias diminuem aumentando significativamente a corrente Não é um controle comumente utilizado Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Controle via frequência de entrada f1f2f3f4f5f5 Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Controle escalar de velocidade em máquinas de indução 3 Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Razão Vf constante Método de controle de velocidade mais popular Para baixas frequências é necessária uma tensão adicional boost para compensar a queda de tensão na resistência estatórica O fluxo no entreferro da máquina é proporcional à relação VoltsHertz Acionamento por controle escalar Método simples e de baixo custo Proporciona ao motor um fluxo constante pela relação tensão elétrica sobre frequência Vf Utilizado para aplicações que não necessitam de alta precisão no controle de velocidade malha aberta Aplicações que não requerem elevada dinâmica como acelerações e frenagens muito rápidas Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Razão Vf constante Com boost Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Controle de velocidade em máquinas de indução Escalar Razão Vf constante Sem boost Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Controle escalar Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Fonte Adaptado notas aula Castoldi 2019 Controle escalar de velocidade Fonte Autoria própria 2019 4 Situação Problema Uma empresa produtora de bebidas está reformulando o processo da linha de produção Garrafas envasadas e rotuladas com defeito correspondem à 20 da produção da planta industrial Você foi direcionado para trabalhar com um MIT que deve ser ajustado para operar com um torque constante mas em diferentes velocidades Situação Problema O MIT é conectado em 380 V de linha e tem uma resistência de circuito de estator muito pequena As reatâncias do circuito do estator e do rotor são iguais de 024 Ohms e a resistência do rotor é de 01 Ohms com uma reatânciade magnetização de 50 Ohms Realizar o ajuste no controlador para cada uma das velocidades 30 rads 60 rads 90 rads e 120 rads mantendo o torquenominalconstantede 200 Nm Controle de velocidade e conjugado na MCC Controle de velocidade em MCC O controle por corrente de campo é usado frequentemente para controlar a velocidade de MCCs com enrolamento de campo de excitação independente ou em derivação Fonte UMANS 2013 m a a mec m m P E I T Controle de velocidade em MCC Potência aplicada ao motor Potência eletromagnética Perdas nas resistências da armadura Constante da máquina CC Velocidade de rotação da máquina Controle de velocidade em MCC Expressão geral 5 Controle de conjugado e velocidade em MCC O controle da velocidade e conjugado por meio do ajuste do fluxo de campo assume que exista uma linearidade magnética Mudança na corrente de campo causará uma mudança proporcional no fluxo de campo Respostas gráficas Fonte UMANS 2013 Controle pela inserção de resistência na armadura Utiliza um resistor externo ligado em série no circuito de armadura Baixo custo de implementação Grande dissipação de potência e baixa eficiência Aplicações onde a MCC opera em velocidade nominal e necessita de variações de velocidade em períodos reduzidos Uma possível variação é a utilização de divisores de tensão para propiciar uma redução da tensão de armadura Controle pela inserção de resistência na armadura Fonte UMANS pág 558 2014 Característica do efeito de controle de velocidade pela inserção da resistência de armadura Controle pela inserção de resistência na armadura Fonte CHAPMAN pág 485 2013 Controle por tensão terminal da armadura Variação dos níveis de tensão aplicada a armadura no entanto a tensão de campo deve permanecer constante Poder ser realizado com tensão variável CC modulação por largura de pulso ou ponte H completa Fonte FITZGERALD KINGSLEY UMANS pág 536 2006 Controle por tensdo terminal da armadura Percebese que a reducdo da Vio Van tensdo de armadura implica Controle de Via numa redugao da velocidadee e T do conjugado velocidade e conjugado em wf e f maquinas sincronas Fonte CHAPMAN pag 484 2013 Controle de velocidade em maquinas sincronas Controle de velocidade em maquinas sincronas Como alterar a velocidade da maquina sem alterar O meio mais simples é variando a velocidade por o numero de polos 2 meio do controle de frequéncia da tensdo de Controle em malha fechada da velocidade da a polos armadura aplicada maquina O ajuste da frequéncia elétrica é feito Pela lei de Faraday utilizando um controle direto de conjugado fB v2 pico Vv Alterac3o da frequéncia da rede elétrica por 2 AJL BJ meio da utilizagdo de inversores de frequéncia Se Va Vn f Brico B e Controle de velocidade em maquinas sincronas Controle de velocidade em maquinas sincronas Mostra que a densidade de fluxo varia de forma A operagdo com fluxo constante pode ser obtida inversamente proporcional a frequéncia de operacao mantendo uma relagao constante entre a tensdo de Se a frequéncia diminuir a densidade de fluxo armadura e a frequéncia Isso é conhecido como vy E ota aumenta o que pode saturar maquina e elevar as operacdo com voltshertz constante VHz constante eo perdas no nucleoe correntes E necessario variar a frequéncia abaixo do valor A relagdo é mantida a partir da frequéncia nominal nominal considerando rico 8 baixando até a frequéncia em que a queda de tensdo f Vv Vv na resisténcia de armadura tornase uma componente Va E hE significativa da tensdo aplicada 7 Controle de conjugado em máquinas síncronas Fonte UMANS 2013 Recapitulando Recapitulando Controle de velocidade e conjugado em Máquinas síncronas Máquinas CC Máquinas de indução