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6. Princípio e diagrama de base para o controlo vectorial

A estratégia do comando por orientação do fluxo consiste em realizar o desacoplamento entre as duas variáveis essenciais da máquina assíncrona, a saber: o binário e o fluxo.

A sua interdependência é traduzida por:

(8)

Para o controlo por orientação do fluxo, o eixo "d" é orientado segundo a resultante do fluxo do rotor:

(9)

Se for mantido constante, no referencial ligado ao fluxo do rotor obtém-se:

(10)

Esta expressão mostra uma semelhança notável com a máquina C.C. Assim, pode controlar-se o binário através da componente q do vector da corrente do estator, por isso mesmo também denominada "componente do binário".

As relações:

(11)

mostram que:

  • a componente Isd determina apenas a amplitude de Fr ;
  • a componente Isq determina apenas a amplitude de C em desde que F r seja mantido constante.

Não existe acoplamento das acções de Isd e Isd ® esta é a configuração das máquinas de C.C.

O controlo vectorial utiliza um modelo da máquina transformado de forma a que a ortogonalidade entre o fluxo e a componente activa da corrente seja mantida. Assim sendo, o binário electromagnético é dado por uma expressão escalar.

As funções essenciais a desempenhar pela estrutura do comando vectorial de forma a controlar o binário de uma máquina assíncrona, são:

  • gerar as funções de controlo do fluxo e do binário que, partindo das referencias, definirão as referencias das correntes transformadas;
  • implementar o controlo das correntes transformadas de forma a assegurar o seguimento das referências;
  • assegurar a transformação entre os referenciais, , permitindo assim agir sobre as grandezas eléctricas reais, através de um conversor estático, normalmente um ondulador de tensão por SVPWM;
  • determinar a posição do fluxo ;
  • assegurar a transformação entre os referenciais .

O seguinte diagrama de blocos mostra os elementos básicos do comando vectorial.

Fig. 4 - Representação esquemática do controlo vectorial - ilustração do princípio

As correntes do estator ia e ib, obtidas através dos sensores CC, entram no bloco das transformações Clarke - Park, sendo transformadas para o referencial (d, q).

  • isq ref é uma imagem do binário;
  • i sq ref é uma imagem do fluxo.

Alterando a referência do fluxo, pode particularizar-se a estrutura para o comando vectorial dos motores assíncronos ou síncronos.

As saídas dos reguladores de velocidade e de fluxo, fornecem as referências isq ref e isd ref para as componentes (d, q) dos reguladores de corrente que, por sua vez, fornecem as tensões de referência Vsd ref e Vsq ref.

Estas grandezas, através da sua transformada de Park inversa, fornecem as tensões Vsa ref e Vsß ref que actuam o bloco de modulação SVPWM.

Este envia os impulsos de comando dos interruptores de potência do ondulador.

É essencial o conhecimento da amplitude e da fase do fluxo!

Os métodos que se podem usar para o obter, são:

  • métodos directos (por medição: sondas de efeito de Hall inseridas nas bobines do rotor) ®primeiro método utilizado .
    • construção especial da máquina (perda de robustez);
    • problemas para extrair informação útil quando a baixas frequências.
  • métodos indirectos - o fluxo é determinado por cálculo:
    • utilizando um modelo do fluxo ou, conhecendo as correntes e a velocidade, pode calcular-se o fluxo (ver esquemas anteriores);
    • simplificando o esquema de regulação por supressão do regulador de fluxo. Efectivamente, atendendo à relação:
    (12)

    ® a cadeia de regulação para a componente "d" da corrente corresponde à cadeia de regulação do fluxo (controlo indirecto).

Métodos que utilizam o cálculo do fluxo: métodos por estimação do fluxo ou através de observadores do fluxo.

Cadeia explícita de fluxo: pode adicionar-se um bloco suplementar dedicado ao tratamento do fluxo.

! ! ! Importante:

A estrutura/ o princípio apresentados são conhecidos como:

«controlo vectorial por fluxo do rotor»

= a estratégia mais utilizada de controlo vectorial .

O modelo da máquina assíncrona (incluindo a expressão do binário electromagnético) é tratado com base em diferentes referenciais:

  • ligados ao estator ;
  • ligados ao rotor;
  • ligados ao campo girante do entreferro.

Assim sendo, podem implementar-se controlos vectoriais:

  • do fluxo estatórico;
  • rotórico;
  • de magnetização no entreferro.

O controlo realiza-se no referencial ligado ao fluxo em questão e as correntes estatóricas são obtidas no referencial associado.

Num tal sistema, as componentes da corrente estatórica são sempre ortogonais e semelhantes às corrente de excitação e do induzido das máquinas de corrente contínua.

Comando por fluxo estatórico: apresenta como inconveniente a medida de tensões estatóricas muito distorcidas no caso dor onduladores MLI.

As novas tendências para soluções de controlo vectorial:

  • supressão de sensores dinâmicos (em movimento). Os respectivos métodos são designados de " sensorless " ( sem sensor ) e necessitam de cálculo em tempo real de elevado desempenho para os processos de comando, o que requer a utilização de processadores digitais de sinal (DSP);
  • estimação do fluxo tendo em conta as perturbações aleatória (estimador / filtro de Kalman);
  • obtenção de um comando robusto, adaptativo e óptimo segundo diferentes critérios de desempenho;
  • desenvolvimento de técnicas não-convencionais: fuzzy, por modo de deslizamento, com redes neuronais.
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