Accionamento Eléctrico-Aulas

21-03-2013 Prof. Eng Francisco J. da C.

Antnio 1

Accionamento Elctrico de Velocidade Varivel

Contedo Didctico


Antnio 2

Contedo Geral 1. Introduo aos Accionamentos Elctricos de Velocidade Varivel. Vnculo de

Disciplinas com Accionamento Elctrico. Enquadramento e objectivos 1.1 Funcionamento de um Accionamento Elctrico 2 Elementos Constituintes de um Accionamento Elctrico 2.1 A Carga Mecnica 2.2 A Maquina Elctrica 2.3 A Electrnica de Potncia e a Fonte de Energia Elctrica 2.4 O Comando e Controlo 3 Accionamento com Maquinas de Corrente Contnua 3.1 Regulao de Velocidade em Cadeia Aberta e Fechada 3.2 Controlo de Velocidade em Cadeia Fechada (Maquina de excitao

Independente) 4. Accionamento com Maquinas Assncronas Trifsicas 4.1 Regulao de Velocidade Introduo 4.2 Comando por Variao da Amplitude da Tenso com Frequncia Fixa 4.3 Comando por Variao da Frequncia da Tenso com Amplitude Fixa 4.4 Comando V/f 4.5 Controlo por Orientao de Campo (FOC) 4.6 Controlo Directo de Binrio (DTC) 4.7 Cascada Hipossncrona 5. Accionamentos com Maquinas Sncronas 5.1 Regulao de Velocidade Introduo 5.2 Regulao de Velocidade Motor Sncrono de Magnetos Permanente


Antnio 3

1. Introduo

A designao de accionamentos atribuda a sistemas que utilizam energia para produzir movimento. Estes sistemas consistem em actuadores, que so motores de diversos tipos, aplicados aos sistemas a movimentar, tendo geralmente outros dispositivos associados que controlam a sua operao e a adaptam s exigncias dos sistemas movidos.

Os accionamentos tm funes essenciais em muitas indstrias e servios, com destaque para as indstrias extractivas e transformadoras e os transportes, para citar apenas sectores econmicos onde se podem encontrar accionamentos at s potncias mais elevadas (dezenas de megawatt).

A melhoria de produtividade e de qualidade de produtos e servios deve-se, em boa parte, ao progresso tecnolgico registado nos sistemas de accionamento. Esse progresso tambm tem contribudo bastante para a poupana e para o uso racional da energia e, ainda, para atenuar o impacto ambiental de certas actividades produtivas.


Antnio 4

1. Introduo

Vnculo de Disciplinas com Accionamento Elctrico


Antnio 5

1. Introduo

Enquadramento O accionamento elctrico est principalmente enquadrado no

mbito industrial Objectivo

Elevar os conhecimentos dos estudantes em relao a importncia do accionamentos elctricos e suas aplicaes na industria moderna, com particular importncia para aqueles accionamentos que so realizados com maquinas elctricas

Compreender os circuitos e componentes utilizados em Electrnica de Potncia

Adquirir conhecimentos sobre os conversores mais utilizados na indstria

Conceber e dimensionar solues de comando e controlo de sistemas de accionamento, atravs da utilizao de conversores electrnicos de potncia, baseados nas mquinas elctricas rotativas

Adquirir a capacidade de realizar sistemas electromecnicos controlados em velocidade, binrio e posio

Enquadramento e Objectivos


Antnio 6

1.1 Elementos Constituintes de um Accionamento Elctrico

O Conversor, alimentado pela rede industrial, transforma a energia elctrica com objectivo de entregar de forma desejada os parmetros (tenso, corrente, frequncia)

O Motor, converte a energia elctrica em energia mecnica que fornece a carga

O Sistema de Controlo, gera sinais de controlo dos semicondutores do conversor a partir dos sinais de controlo do processo e das medidas de tenso, corrente, velocidade, acelerao, etc.


Antnio 7

1.1 Elementos Constituintes de um AE - Continuao

1 Conversor 2 Motor elctrico 3 Instalao transmissora 4 Bloco de controlo OT rgo de trabalho (carga)

O Conversor tem as funes de fazer corresponder as magnitudes de tenso (frequncia) e corrente do sistema de alimentao com as do motor e controlar ou dirigir as magnitudes do mesmo motor.


Antnio 8

1.1 Elementos Constituintes de um AE - Conversor


Antnio 9

1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico O Motor o elemento fundamental do accionamento e est

caracterizado por determinadas magnitudes elctricas: tenso (UM) e corrente (IM), e a mecnica: momento (M) e velocidade angular (). Dependendo da sua aplicao estes motores podem ser de corrente contnua ou de corrente alternada.


Antnio 10

1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico 1 Carcaa; 2 Plos indutores; 3 Enrolamentos de

excitao; 4 Plos auxiliares

ou de comutao; 5 Enrolamentos de

comutao; 6 Enrolamentos de

compensao; 7 Ncleo do motor 8 Enrolamento do

Induzido


Antnio 11

1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico Tipos construtivos de maquinas: Maquina de rotor bobinado e Maquina de rotor em gaiola (como

mostra a figura)

Maquina de rotor bobinado: Tm um enrolamento semelhante ao do

estator; A ligao com o exterior da maquina

faz-se atravs de trs anis e de escovas as quais se pode ligar um circuito exterior;

Podem ligar-se circuitos construdos com elementos de electrnica de potncia, o que torna possvel a realizao de sistemas de controlo de velocidade com um valor reduzido de perdas de energia;

Utilizadas na industria, normalmente, num nvel de potncia relativamente elevado

Maquina de rotor em gaiola


Antnio 12

1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico Maquina de rotor em gaiola: Rotor constitudo por um ncleo de ferro

no qual se encontram condutores ligados na periferia atravs de dois anis que o curto-circuitam;

Construo barata; Elevado nvel de robustez; Baixo peso; Momento de inrcia reduzido; Mais utilizada em accionamento de

velocidade quase constante; Mais utilizada em accionamento de

velocidade ajustvel, apesar das dificuldades de controlo que apresenta



Antnio 13

1.1 Elementos Constituintes de um AE Bloco de Controlo Bloco de Controlo: Existem vrios exemplos de blocos de controlo, desde

os conhecidos contactores e rels electromagnticos at blocos com computadores e microprocessadores (figura abaixo).


Antnio 14

1.1 Elementos Constituintes de um AE Transmisso Equipamento de Transmisso: Tem a funo de fazer corresponder as

magnitudes do binrio e da velocidade do motor com as do rgo de trabalho



Antnio 15

1.1 Elementos Constituintes de um AE Transmisso

Equipamento de Transmisso


Antnio 16

1.2 Aplicao dos Accionamentos Elctricos Nas indstrias extractivas e transformadoras e os

transportes.

Para accionamentos de potncias muito baixas (poucos watt), mas com impacto na vida diria das pessoas, tais como, relgios, cmaras e leitores de vdeo, equipamento informtico, electromedicina, brinquedos, etc.

Para accionamentos de potncias mdias e altas potncias, tais como industrias de automveis, na industria mineira, aeroportos, centros comerciais, etc.


Antnio 17

1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos Em dependncia do mtodo a empregar na transmisso da energia mecnica

desde o motor ao rgo de trabalho do mecanismo produtivo, os accionamentos elctricos dividem-se em trs tipos: em grupo, isolado e multi-motor.

Em grupo: aquele no qual um s motor pe em movimento com ajuda da

transmisso a vrios rgos de trabalho ou a vrias maquinas produtivas.

Nota: O circuito cinemtico das maquinas

de trabalho neste caso resulta complexo e enorme e o accionamento no econmico. Este accionamento na actualidade se utiliza muito pouco.


Antnio 18

1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos Isolado: aquele no qual o motor elctrico acciona apenas o rgo de

trabalho de uma maquina de produo.

Nota: Na actualidade este o tipo de accionamento mais utilizado. Em comparao ao accionamento em grupo o circuito cinemtico da maquina se

simplifica grandemente. Exemplos da utilizao deste accionamento so os mecanismos de elevao, as escavadoras, etc.


Antnio 19

1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos Multi-motor: aquele accionamento no qual o rgo de trabalho de um

mecanismo produtivo se pe em movimento por vrios motores elctricos.


Antnio 20

1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico Parmetros Importantes no Accionamento Elctrico: Deslocamento; ngulo de rotao Velocidade e acelerao Binrio e fora que provocam o movimento

A direco assumida como positiva se mantm para todas as magnitudes que caracterizam o movimento do accionamento elctrico tais como: ngulo de rotao Velocidade angular Acelerao angular e Binrio Isto significa que o deslocamento angular positivo tem de coincidir com o da

velocidade e que este com os de acelerao e binrio.

Nota: O movimento do accionamento elctrico determina-se pela aco de dois binrios: o binrio desenvolvido pelo motor e o binrio resistivo. Em dependncia das causas que determinam o surgimento do binrio resistivo diferenciam-se dois tipos de binrios: binrio activo e reactivo ou passivo.


Antnio 21

1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico Principio D Alembert: A aco conjunta de ambos binrios

no sistema determina a magnitude e sinal do binrio dinmico (Mdin), onde J o momento de inrcia

Accionamento Elctrico Elementar

est determinado, a sua vez, pela acelerao do sistema. Desta forma a equao do movimento do accionamento elctrico a seguinte:

onde, M o momento ou binrio desenvolvido pelo motor; MC o binrio da carga no qual est includo o binrio de frico do sistema

mecnico e o prprio rgo de trabalho da carga.


Antnio 22

1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico

Num Accionamento Elctrico a velocidade varivel uma caracterstica importante o nmero de quadrantes do plano binrio-velocidade no qual o motor pode funcionar.

O conjunto conversor-motor pode ser

de 1 quadrante (quadrante 1), de 2 quadrantes (quadrantes 1 e 2, as vezes 1 e 4) ou de 4 quadrantes

Quadrantes de funcionamento do Accionamento Elctrico

1: A maquina funciona como motor que gira no sentido directo; 2: A maquina funciona como gerador (freio de recuperao de energia) e

gira no sentido directo; 3: A maquina funciona como motor e gira no sentido inverso; 4: A maquina funciona como gerador (freio de recuperao de energia) e

gira no sentido inverso


Antnio 23

1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico Anlise do Movimento de uma Carga Activa


Antnio 24

1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico Anlise do Movimento de uma Carga Activa - Continuao


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1.5 Accionamentos de Mecanismos com Esquemas Cinemticos Complexos

Constitui um esquema cinemtico complexo porque a parte mecnica do Accionamento Elctrico est formada por vrios elementos mveis.

O movimento de um elemento do

accionamento da uma informao total do movimento dos restantes elementos.

Se a energia no sistema se transmite

desde o motor carga, por exemplo quando se ia um corpo, cumpre-se que:

Esquema Cinemtico Complexo

Onde, M1 e M2 binrios nos eixos 1 y 2 respectivamente MC e Mm binrio da carga no seu eixo e no eixo do motor

1, 2 3 eficincias dos redutores 1, 2 e 3 111m

22211

cc322

MMMMMM

===


Antnio 26


Resolvendo conjuntamente as trs equaes anteriores obtm-se a expresso: se, Chama-se eficincia total do mecanismo de transmisso a seguinte expresso: Onde, i relao de transmisso do sistema Se a energia se transmite no sentido contrrio, ou seja, desde a carga ao motor, por

exemplo, quando a carga estiver descendo, aplicando o mesmo racionamento anterior se obtm que:

1c321m MM =

=321

iM

)(M

M cc

cm ==

iM

M cm

=


Antnio 27


O binrio de inrcia do sistema equivalente representa-se como: onde, JC - momento de inrcia referido ao eixo do motor do rgo de trabalho do

mecanismo e do resto das partes mveis do sistema. A condio de igualdade das energias cinticas armazenadas expressa-se: donde, onde,


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No caso em se est referir-se aos binrios, os momentos de inrcia e as massas no eixo do motor, a inrcia equivalente desta massa com movimento linear :

donde, No caso geral em que se tem massas giratrias e com deslocamento linear, o momento de

inrcia do mecanismo referido ao eixo do motor determina-se mediante a expresso: As expresses matemticas dos binrios de carga (subindo e descendo a carga) e do

momento de inrcia equivalente possibilita a converso de accionamentos com esquemas cinemticos complexos semelhante ao da figura anterior, no qual cumprem com a equao do movimento do accionamento elctrico.


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Accionamento Elctrico Automatizado I e II Mario M. Hernndez Accionamentos Elctricos, 2 Edio Claiton Moro Franchi Accionamentos Electromecnicos de Velocidade Varivel - Joo C. P. Palma -

Fundao Calouste Gulbenkian 1999 Control of Electrical Drives W. Leonhard - Springer Verlag 1996 Automatic Control of Converter-Fed Drives Kazmierkowski; Tunia Elsevier 1994 Adjustable Speed AC Drive Systems Bose (ed.) IEEE Press, 1981 Power Electronics and AC Drives Bose Prentice-Hall 1986 Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives Miller Oxford Science Publications 1993 Sensorless Vector Control and Direct Torque Control Peter Vas - Oxford Science

Publications 1998 Electrnica de Potncia - Francis Labrique; Joo Santana - F. Calouste Gulbenkian

1991 Power Electronics: Converters, Applications and Design Ned Mohan; Tore

Undeland; William Robbins John Wiley & Sons Power Electronics; circuits, devices and applications - Muhammad H. Rashid

Bibliografia

Accionamento Elctrico de Velocidade VarivelContedo Geral1. Introduo1. Introduo1. Introduo1.1 Elementos Constituintes de um Accionamento Elctrico 1.1 Elementos Constituintes de um AE - Continuao 1.1 Elementos Constituintes de um AE - Conversor 1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico 1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico 1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico 1.1 Elementos Constituintes de um AE Motor Elctrico 1.1 Elementos Constituintes de um AE Bloco de Controlo 1.1 Elementos Constituintes de um AE Transmisso 1.1 Elementos Constituintes de um AE Transmisso1.2 Aplicao dos Accionamentos Elctricos 1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos 1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos 1.3 Classificao dos Accionamentos Elctricos 1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico1.4 Mecnica do Accionamento Elctrico1.5 Accionamentos de Mecanismos com Esquemas Cinemticos Complexos1.5 Accionamentos de Mecanismos com Esquemas Cinemticos Complexos1.5 Accionamentos de Mecanismos com Esquemas Cinemticos Complexos1.5 Accionamentos de Mecanismos com Esquemas Cinemticos ComplexosBibliografia

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