Controle de Motores

Controle de Motores

Caro leitor, você, que sempre quis aprender sobre controle de motores, mas nunca teve a coragem de revisar toda a literatura em livros e materiais disponíveis na internet sobre este tema, temos uma solução prática!

O pessoal da Texas Instruments preparou uma série de vídeos, em inglês, para que você possa aprender sobre controle de motores. Ao todo são uma série de 4 vídeos, protagonizadas pelo famoso Dave Wilson e com um nome bem sugestivo, Teaching Old Motors New Tricks, explicando a teoria por trás do controle de motores. Mas antes, uma pequena ...

 

Introdução

 

Um motor elétrico ou atuador elétrico é qualquer dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.

 

O setor industrial brasileiro consome cerca de 40% da energia elétrica do país e dois terços dessa energia são utilizados por sistemas motrizes. O elevado consumo apresentado por esses sistemas torna a força motriz o principal alvo de atuação dos programas de eficiência energética voltados para o segmento industrial. Estima-se que anualmente 10% de toda energia gerada no Brasil seja desperdiçada. Energia suficiente para abastecer os estados do Rio de Janeiro e Ceará por um ano ou compensar o aumento da demanda nacional por dois anos.

 

Por que falar sobre eficiência em controle de motores?

 

A redução do consumo de energia através do uso de soluções mais eficiente proporciona à indústria mais competitividade e produtividade, além de maior disponibilidade de energia e redução de impactos ambientais. Utilizar técnicas eficientes para o controle de motores para ter uma melhor eficiência energética, principalmente na indústria, é quase uma obrigatoriedade.

 

Enquanto as topologias de motores elétricos permaneceram inalteradas no último centenário, inúmeras novas técnicas de controle de motores foram desenvolvidas. Grande parte das novas técnicas se tornam possíveis devido aos avanços tecnológicos da indústria de semicondutores. Este webinar tem como foco específico os avanços nas teorias de controle de motores, com ênfase nos princípios de controle vetorial para motores de corrente alternada.

 

Portanto, sem mais delongas, vejam na sequência abaixo os vídeos disponibilizados no YouTube.

 

Teaching Old Motors New Tricks - Part 1

 

Nesta primeira parte, Dave faz uma breve revisão sobre sistemas de controle, discute as abordagens das filosofias feed-foward e feedback, resposta em frequência de um sistema com realimentação, margem de ganho e fase. Dave também discute nesta parte qual o melhor tipo de técnica (feed-forward ou feedback) para um determinado sistema. Além disso, há também uma revisão sobre o controlador PI paralelo, controlador PI série, estruturas de controle em cascata, coeficientes de controlador PI de corrente, controlador PI de velocidade e seus coeficientes, fator de amortecimento e anti-windup.

 

Outros temas abordados nesta primeira parte são: como fazer um integrador digital, controlador PID digital, como fazer um diferenciador digital, qual a necessidade do termo D, resposta ao degrau de um controlador PID, resposta de um sistema servo com e sem compensação de fase (termo D), controle analógico, controle digital, os 10 mandamentos de controle digital, introdução ao controle vetorial, máximo torque por ampère (MTPA) e controle vetorial em tempo real.

 

 

Teaching Old Motors New Tricks - Part 2

 

Nesta segunda parte, Dave continua sua explicação sobre controle vetorial em tempo real e apresenta a convenção do diagrama dos vetores no espaço para suas explanações seguintes. Dave também discute nesta parte como fazer o controle de torque em um motor DC e a partir desta explicação, ele faz a ponte para o controle de motores trifásicos.

 

Além disso, apresenta a transformada direta de Clark, a transformada direta de Park, o método de controle das correntes Id e Iq no referencial síncrono, transformada inversa de Park e transformada inversa de Clark são apresentadas. Por fim, depois de responder as dúvidas, Dave monta o diagrama de blocos em um simulador e apresenta uma simulação do controle de um motor cobrindo o conteúdo apresentado até o momento.

 

 

Teaching Old Motors New Tricks - Part 3

 

Nesta terceira parte, Dave apresenta o conceito de modulação e explica como funciona a modulação dos vetores do espaço (space vector modulation) e suas variações, além de comentar uma forma eficiente de implementação desta técnica. Uma comparação entre a modulação dos vetores do espaço e a modulação senoidal também é apresentada.

 

Após isto, Dave expõe como utilizar a modulação dos vetores do espaço para o controle vetorial e comenta sobre a técnica de enfraquecimento de campo como solução para manter torque no motor ao ultrapassar a velocidade nominal dos motores de imãs permanentes.

 

Em seguida, Dave apresenta a modelagem do circuito equivalente do estator no referencial síncrono e comenta o acoplamento existente entre os eixos D e Q. Ele explica como controlar as correntes de fluxo e de torque através de controladores PI e utilizar a técnica de feed-foward para eliminar o efeito do acoplamento entre os eixos D e Q. Uma simulação para verificar a eficiência desta técnica também é apresentada.

 

Por fim, Dave comenta sobre controle vetorial em motores de indução.

 

 

Teaching Old Motors New Tricks - Part 4

 

Na quarta parte, há uma explicação do modelo de um motor de indução, como aplicar o controle vetorial em um motor de indução e as diferentes respostas dinâmicas do controle no referencial síncrono ao atuar na corrente de torque diretamente ou reduzindo o fluxo do motor (enfraquecimento de campo).

 

Além disto, Dave comenta a técnica para estimar o ângulo do fluxo de um motor de indução e faz uma analogia do controle de motor de indução com o de imãs permanentes. Em seguida, Dave apresenta o motor de imãs permanentes internos, analisa sua característica elétrica, discute a curva de torque pelo ângulo do fluxo deste tipo de motor, apresenta o diagrama de blocos para o controle mais eficiente para este tipo de motor e finaliza fazendo uma simulação aplicando o controle apresentado em um motor de imãs permanentes internos presente no Toyota Prius Híbrido.

 

Ainda nesta parte, Dave introduz o controle vetorial sem sensor de posição do eixo (encoder/resolver) acrescentando observadores ao modelo de controle vetorial de motores de imãs permanentes.

 

Por fim, Dave demonstra algumas técnicas de observadores e comenta suas aplicações em sistemas de controle de motores.

 

 

Gostou dos vídeos? Fique atento aos artigos sobre controle do embarcados! Com frequência são lançados novos e interessantes artigos sobre este tema!

 

Referências

 

Motor Elétrico - Wikipédia.

Desperdício de energia gera perdas de R$126 bilhões - Associação Brasileira das Empresas de Serviços de Conservação de Energia (ABESCO).

Indústria e Comércio - Centro Brasileiro de Informação de Eficiência Energética (PROCEL INFO).

Imagem de destaque: S.J. de Waard, CC BY-SA 3.0.

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Caio Alonso
Engenheiro da Computação e Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Itajubá. Possui experiência no desenvolvimento de hardware e firmware para sistemas embarcados. Apaixonado por projetos de circuitos digitais utilizando VHDL/Verilog. Atualmente trabalha no desenvolvimento de inversores de frequência na WEG Drives & Controls - Automação em Jaraguá do Sul. Santista roxo, curte praia, frescobol e kitesurf.