06_Controle_de_Velocidade_do_Motor_DC

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Elaboração: Professor Sérgio Luiz Volpiano
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6 CONTROLE DE VELOCIDADE NOS MOTORES DC.
6.1 CONVERSOR (AC/DC) TRIFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO.
Uma das maneiras clássicas para se controlar a velocidade dos motores de corrente
contínua é a utilização do retificador trifásico totalmente controlado estudado no capítulo (4),
onde através da variação do ângulo de disparo na ponte (H) formada por seis SCRs controla-se a
tensão aplicada na armadura do motor DC e através do controle da tensão na armadura controla-
se a velocidade no motor DC.
O controle de torque é feito no enrolamento de campo, para trabalhar com torque
constante basta manter a tensão de campo constante.
Na figura 6.1 exemplifica este tipo de acionamento, que controla o motor no primeiro e
segundo quadrante [aceleração como motor e desaceleração como gerador].
Fig 6.1 Circuito de controle de velovidade para motores de corrente contínua
TL
TM w
J
B
Circuito de Disparo
T1
K1
T2
K2
T3
K3
T4
K4
T5
K5
T6
K6
R’
S’
T’
N1
αααα
R’
S’
T’
N1
T5
Ref. de Velocidade
Ref. de corrente
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Para operar nos quatro quadrantes, o acionamento deve possuir uma ponte avante e uma
ponte reversa comandadas pelos sinais [PA] que habilita a ponte avante ou pelo sinal [PR] que
habilita a ponte reversa que são intertravados e enviados pelo sistema de controle.
A figura 6.2 apresenta de maneira simplificada o circuito eletrônico de potência para
quatro quadrantes.
Fig 6.2 Sistema de controle para os quatros quadrantes de acionamento.
6.2 FORMAS DE ONDA DO CONVERSOR (AC/DC) TOTALMENTE
CONTRALADO COM CARGA MOTRIZ
Quando a carga conectada na saída do retificador controlado é motriz, ocorre mudança
na forma de onda das tensões e na forma de onda das correntes quando comparadas com as
formas de ondas do retificador controlado estudado no capitulo (4). Em função das
características da máquina elétrica, do tipo de carga mecânica e do ângulo de disparo da ponte
pode ser visível na forma de onda da tensão na armadura da máquina elétrica a força contra
eletromotriz, que é a tensão gerada na máquina elétrica em função da velocidade do motor. As
figuras abaixo exemplificam tais afirmações.
TL
TM w
J
B
R’
S’
T’
N1
Circuito de Disparo
R’
S’
T’
N1
& &PA PR
Disparo da ponte
Avante
Disparo da ponte
Reversa
αααα
T5
Ref. de Velocidade
Ref. de corrente
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Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para α = 0º.
Fig. 6.3 Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para αααα = 0º.
Forma de onda da corrente na armadura do motor DC para α = 0º.
Fig. 6.4 Forma de onda da corrente na armadura do motor DC para αααα = 0º.
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Aplicando um degrau no ângulo de disparo (α) de 0º para 60º e realizando a simulação a
partir dos valores obtidos na simulação para α = 0º tem-se :
Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para α = 60º.
Fig. 6.5 Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para αααα = 60º.
Forma de onda da corrente na armadura do motor DC para α = 60º.
Fig. 6.6 Forma de onda da corrente na armadura do motor DC para αααα = 60º
EA
Vcarga para αααα = 0º
Degrau referente ao aumento do
ângulo de disparo
VL = La(dia/dt)
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Analisando a figura 6.5 verifica-se que a carga esta arrastando o motor, pois a forma de
onda da tensão na carga é em função da força contra eletromotriz (Ea).
Como não foi colocado no circuito simulado uma carga para consumir a tensão gerada
pelo motor no instante da regeneração a corrente na armadura fica próxima de zero, fato
comprovado pela figura 6.6.
6.3 CONTROLE POR MODULAÇÃO DE LARGURA DE PULSO [PWM].
6.3.1 CONVERSOR [CC/CC] CONTROLADO OU CHOPPER
O controle por [PWM] consiste em aplicar no motor de corrente contínua uma onda
quadrada, onde pode-se variar o duty cicle da onda, através da modulação de quatros chaves
eletrônicas de potência, a figura 6.7 exemplifica o sistema de controle por PWM para carga
resistiva.
Fig. 6.7 Modulação por largura de pulso PWM
Supondo T = 2,5 ms e Ton = 1,5 ms tem-se:
As chaves de potência mais utilizadas neste tipo de acionamento são:
• Transistor de potência [Darlington] com diodo de retorno incorporado.
• Power Mos [Mos fets de potência] com diodo de retorno incorporado.
• Transistor bipolar isolado pelo gate [IGBT] com diodo de retorno incorporado.
T
Ton
300V
t
V
V180Vmed300.
ms5,2
ms5,1Vmed,V.
T
TonVmed ================ EQ. 6.1
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A figura 6.8 exemplifica este tipo de acionamento.
Fig. 6.8 Conversor [DC/DC] Chopper Controlado.
No circuito da figura 6.8 o motor de corrente contínua opera nos quatros quadrantes de
acionamento, no sentido horário (quadrante I como motor e quadrante II como gerador através
do chaveamento das chaves Q1 e Q4), no sentido anti-horário (quadrante III como motor e
quadrante IV como gerador através do chaveamento das Chaves Q3 e Q2 ).
Quando o circuito de controle corta os sinais de disparo para as chaves de potência, o
motor entra em regeneração devolvendo energia para o link DC, esta energia deve ser dissipada
em um banco resistivo para não causar uma sobre-tensão no link DC.
αααα
TM
w
TL
J
B
V1
V2
V3
V4
Q1
Q2
Q3
Q4
R’
S’
T’
Sistema de disparo
microprocessado
Q1B
Q1E
Q2B
Q2E
Q3B
Q3E
Q4B
Q4E
Ref. Velocidade
Ref. de corrente
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A figura 6.9 mostra a forma de onda da tensão na armadura do motor DC controlada por
um conversor chopper DC/DC
Fig.6.9 Forma de onda da tensão na armadura do motor DC alimentado pelo
conversor DC/DC chopper
Adotando o valor de T = 2,5 ms, T1 = 1,5 ms, T2 = 0,5 ms e T3 = 0,5 ms, a tensão na
carga pode ser calculada através da seguinte equação:
{{{{ }}}}
V112V
08,01,03,0.
ms5,2
1V
)]}ms5,0(.160[)]ms5,0(.200[)]ms5,1(.200[{
ms5,2
1V
}dt160dt200dt200{
ms5,2
1Vdt)t(f
T
1V
motor
motor
motor
ms5,1
0
ms2
ms5,1
ms5,2
ms2
motor
T
0
motor
====
++++−−−−====
++++−−−−++++====
++++−−−−++++====→→→→==== ∫∫∫∫ ∫∫∫∫ ∫∫∫∫∫∫∫∫
EQ. 6.2
T1
T2
T
t
200V
V
-200V
Motor
VL = La (dia/dt)
Ea
T3
160V
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6.4 FORMAS DE ONDA DO CONVERSOR DC/DC CHOPPER
Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para um duty cicle de 50%.
Fig. 6.10 Forma de onda da tensão na armadura do motor DC para duty cicle de 50%
Forma de onda da corrente na armadura no motor DC para um duty cicle de 50%.
Fig. 6.11 Forma de onda da corrente na Ia no motor DC para um duty cicle de 50%
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A figura 6.12 retrata o funcionamento do conversor DC/DC através da análise das
seguintes formas de onda : tensão na armadura, corrente na armadura, corrente no link dc,
tensão no link dc, corrente na entrada do retificador para um duty cicle de 50%.
Fig. 6.12 Formas de onda do conversor chopper DC/DC
6.5 COMPONENTES HARMÔNICAS GERADAS NA REDE DE ALIMENTAÇÃO 
PELO CONVERSOR CHOPPER
A figura 6.13 mostra a forma de onda da corrente na linha de alimentação do conversor.
Fig. 6.13 Forma de onda da corrente na linha de alimentação do conversor
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Observando a onda da corrente na figura 6.13 verifica-se uma grande distorção na forma
de onda provocada pelo alto índice harmônico.
A figura 6.14 mostra as componentes harmônicas presentes na onda da corrente da
figura 6.13.
Fig.6.14 Harmônicas presentes na onda da corrente na entrada do retificador
Utilizando um filtro de linha na entrada do retificador do conversor pode-se melhorar a
forma de onda da corrente e conseqüentemente diminuir seu conteúdo harmônico.
Será usado no circuito simulado um filtro de linha trifásico na entrada do retificador do
conversor com os seguintes valores nominais: R = 5Ω e L = 10mH.
A figura 6.15 mostra a forma da corrente na entrada do retificador com o filtro de linha
incorporado.
Fig.6.15 Formade onda da corrente na entrada do retificador utilizando filtro de linha
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Observando a onda da corrente da figura 6.15 verifica-se que a mesma esta mais
próxima de uma onda senoidal, portanto seu conteúdo harmônico diminuiu.
A figura 6.16 mostra a forma de onda das componentes harmônicas presentes na onda
da corrente da figura 6.15
Fig. 6.16 Harmônica presentes na onda da corrente na entrada do retificador com filtro de
linha incorporado
Comparando as formas de onda da figura 6.14 com as da figura 6.16 verifica-se uma
diminuição acentuada do índice harmônico presente na onda da corrente na entrada do
retificador em função da utilização do filtro de linha.
	Fig 6.1 Circuito de controle de velovidade para motores de corrente contínua
	
	
	
	
	
	Fig. 6.7 Modulação por largura de pulso PWM
	Fig.6.9 Forma de onda da tensão na armadura do motor DC alimentado pelo conversor DC/DC chopper