Controle Vetorial e Inversores Comerciais Aula 25 - Eletrônica de Potência

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ELTP01 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA E ACIONAMENTOS CONTROLADOS AULA 25 CONTROLE VETORIAL E INVERSORES COMERCIAIS UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 3 Deve ser utilizado quando a aplicação precisa de Alto desempenho dinâmico Respostas rápidas e alta precisão de regulação de velocidade Controle preciso de torque principalmente nas baixas velocidades de operação UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMO FUNCIONA O CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 4 A corrente da fonte é a soma vetorial 𝐼𝑠 𝐼𝑚 𝐼𝑟 𝐼𝑚 é responsável pelo fluxo magnetização 𝐼𝑟 é responsável pelo torque potência ativa O torque é proporcional ao produto vetorial das duas componentes UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMO FUNCIONA O CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 5 A corrente que circula no estator de um motor de indução pode ser separada em duas componentes Id ou corrente de magnetização produtora de fluxo Iq ou corrente produtora de torque UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMO FUNCIONA O CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 6 Para calcular estas correntes é necessário resolver em tempo real uma equação que representa matematicamente o comportamento do motor de indução modelo matemático do motor UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMO FUNCIONA O CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 7 Para resolver esta equação é necessário conhecer ou calcular os seguinte parâmetros do motor Resistência do estator Resistência do rotor Indutância do estator Indutância do rotor Indutância de magnetização Curva de saturação UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ TIPOS DE CONTROLE VETORIAL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 8 O controle vetorial pode ser de dois tipos Sensorless Malha aberta sem encoder ou tacogerador Com encoder Malha fechada com realimentação de velocidade por encoder Ambos apresentam excelentes características de regulação e resposta dinâmica sendo que o controle com encoder apresenta um grau de desempenho superior UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MALHA DE CONTROLE VETORIAL COM ESTIMAÇÃO DE VELOCIDADE SENSORLESS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 9 Speed estimation UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MALHA DE CONTROLE VETORIAL COM REALIMENTAÇÃO POR ENCODER Prof Robson Bauwelz Gonzatti 10 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ ESQUEMA GENÉRICO DE UM CONTROLADOR NA REFERÊNCIA SÍNCRONA Prof Robson Bauwelz Gonzatti 11 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ REFERÊNCIA SÍNCRONA DQ Prof Robson Bauwelz Gonzatti 12 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MODULAÇÃO POR VETORES ESPACIAIS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 13 O vetor de tensão de saída é gerado pela combinação dos estados possíveis de chaveamento do inversor Requer o uso de transformações especiais Muito utilizada em aplicações de acionamento de MIT UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MODULAÇÃO POR VETORES ESPACIAIS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 14 Por exemplo para gerar o vetor ത𝑉 temos ത𝑉 ത𝑉𝑎 ത𝑉𝑏 Os vetores ത𝑉𝑎 e ത𝑉𝑏 são gerados a partir dos vetores de estados ത𝑉001 ത𝑉011 𝑒 ത𝑉111ou ത𝑉000 definindo o tempo de permanência em cada estado ta tb e t0 dentro de um período T do PWM Conforme ത𝑉 𝑡𝑎 𝑇 ത𝑉001 𝑡𝑏 𝑇 ത𝑉011 𝑡0 𝑇 ത𝑉000 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ MODULAÇÃO POR VETORES ESPACIAIS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 15 As amplitudes de Va e Vb em função de V e do ângulo 𝛼 𝑉𝑎 2 3 𝑉 𝑠𝑖𝑛 𝜋 3 𝛼 𝑉𝑏 2 3 𝑉 𝑠𝑖𝑛 𝛼 Os tempos ta tb e t0 podem ser calculados em termo do ângulo 𝛼 e do índice de modução em amplitude ma Τ 𝑉 𝑉𝑥𝑥𝑥 conforme 𝑡𝑎 2 3 𝑇 𝑚𝑎 𝑠𝑖𝑛 𝜋 3 𝛼 0 𝛼 𝜋 3 𝑡𝑏 2 3 𝑇 𝑚𝑎 𝑠𝑖𝑛 𝛼 0 𝛼 𝜋 3 𝑡0 𝑇 𝑡𝑎 𝑡𝑏 Para operar na região linear ma deve ser menor ou igual a 3 2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ DEMONSTRAÇÃO DE CONTROLE VETORIAL SENSORLESS ABB HTTPSYOUTUBEPNWUL64TM8S SIY2GMNDXUE4WX63N3 Prof Robson Bauwelz Gonzatti 16 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMPARAÇÃO ENTRE CONTROLE VETORIAL E ESCALAR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 17 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CARACTERÍSTICAS DINÂMICAS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 18 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CARACTERÍSTICAS DE TORQUE Prof Robson Bauwelz Gonzatti 19 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ COMPARANDO MIT E MCC Prof Robson Bauwelz Gonzatti 20 Motor de Corrente Contínua Motor de Indução No motor de indução a corrente do estator é a responsável por gerar o fluxo de magnetização e o fluxo de TORQUE Não permitindo obter um controle direto de torque No Motor de Corrente Contínua o fluxo de magnetização e fluxo de TORQUE são controlados de maneira independente UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CONTROLE VETORIAL E CONTROLE ESCALAR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 21 Controle Escalar Controle Vetorial Calculase a corrente necessária para produzir o torque requerido pela máquina calculandose a corrente do estator e a corrente de magnetização No inversor Vf a referência de velocidade é usada como sinal para gerar os parâmetros Vf Desempenho dinâmico de um acionamento CC e as vantagens de um motor CA UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ INVERSORES DE FREQUÊNCIA COMERCIAIS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 22 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ INVERSORES DE FREQUÊNCIA Prof Robson Bauwelz Gonzatti 23 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ INVERSORES DE FREQUÊNCIA Prof Robson Bauwelz Gonzatti 24 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CONTROLE DO INVERSOR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 25 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ DIAGRAMA DO INVERSOR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 26 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ Prof Robson Bauwelz Gonzatti 27 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ OBJETIVOS DOS ACIONAMENTOS COM INVERSORES Prof Robson Bauwelz Gonzatti 28 Controle de velocidade e torque nos motores elétricos Precisão na movimentação de carga Sincronismo na operação conjunta de motores Proteção operacional contra sobrecarga curto circuito e acidentes Repetitividade e uniformidade na produção industrial Possibilidade de interligação em redes de automação UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ FILOSOFIAS DE CONTROLE Prof Robson Bauwelz Gonzatti 29 Controle Escalar Vf linear Vf quadrático Vf multiponto Controle Vetorial Inversor mais caro UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ CONTROLE VF AJUSTÁVEL Prof Robson Bauwelz Gonzatti 30 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DO INVERSOR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 31 Parâmetros de leitura Parâmetros de regulação Parâmetros de configuração Parâmetros do motor Parâmetros das funções especiais UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DE LEITURA Prof Robson Bauwelz Gonzatti 32 Velocidade do Motor Corrente do Motor Frequência Aplicada Tensão do Circuito DC Estado do Inversor UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DE CONFIGURAÇÃO Prof Robson Bauwelz Gonzatti 33 Rampa de aceleraçãodesaceleração Rampa linear indicada para cargas com pouca inércia Rampa em S partidaparada de forma suave não ocorrendo choques mecânicos UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DE REGULAÇÃO Prof Robson Bauwelz Gonzatti 34 Frenagem 1 Injeção de corrente contínua Permite a parada do motor através da aplicação de corrente contínua no mesmo Este modo é geralmente usado com cargas de baixa inércia e pode causar um aquecimento excessivo do motor quando os ciclos de parada são muito repetitivos 2 Rampa de desaceleração A frequência diminui até zero conforme o tempo de desaceleração especificado pelo usuário podendo ser empregado quando os requisitos de parada não são muito rígidos UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DE REGULAÇÃO Prof Robson Bauwelz Gonzatti 35 3 Frenagem reostática É usada para dissipar a energia que retorna do motor através de um banco de resistores durante a rápida frenagem do motor evitando a sobretensão no barramento DC do driver UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ FRENAGEM COM INVERSOR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 36 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ PARÂMETROS DO MOTOR Prof Robson Bauwelz Gonzatti 37 Tensão do motor Corrente do motor Rotação do motor Frequência do motor UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ REFERÊNCIAS Prof Robson Bauwelz Gonzatti 38 Mohan N Undeland T M e Robbins W P Power Electronics Converters Applications and Design Wiley 2013 Manual Inversor Siemens Micromaster Notas de aula Prof Sílvia Ferreira UFLA