1.3 Revisão da literatura
1.3.2 Acionamentos e controle de motores de indução bifásicos assimétricos
Quando consideram-se os acionamentos que utilizam o motor de indução monofásico, verifica-se que estes foram alvos de pesquisas utilizando velocidade variável a partir do final da década de 1980, tal como é apresentado em (COLLINS E.R.; PUTTGEN; SAYLE W.E., 1988). Neste trabalho, os autores obtêm variação da velocidade rotórica a partir da vari- ação de tensão no enrolamento auxiliar, e consequente variação no torque eletromagnético. Ainda, na década de 1980 foram publicados trabalhos propondo melhorias na eficiência do acionamento do motor de indução monofásico, como pode ser visto em (HUANG; FUCHS; WHITE, 1988b). A melhor alocação do capacitor de partida em um motor monofásico foi proposta com o trabalho (HUANG; FUCHS; WHITE, 1988a).
No início da década de 1990 com a crescente utilização das chaves semicondutoras alguns trabalhos foram publicados utilizando inversor de três braços para a geração e consequente variação de tensões nos enrolamentos auxiliar e principal do motor de indução monofásico, como é o caso de (HOLMES; KOTSOPOULOS, 1993). No trabalho de (HOLMES; KOTSOPOULOS, 1993), além do acionamento em velocidade variável de uma máquina de indução monofásica, os autores desenvolvem uma técnica de modulação PWM de fácil implementação, para atuar em toda faixa da região linear do inversor modulando tensões que podem atingir 0,707 pu da tensão do barramento CC. Esta técnica é análoga a injeção da terceira harmônica para o caso de acionamentos de cargas trifásicas. Ainda na década de 1990 outros trabalhos foram publicados com o objetivo de promover a operação com velocidade variável e melhoria de eficiência em sistemas com motores de indução monofásicos, tal como em (MULJADI et al., 1993; LIU; WANG, 1994; ROCHA et al., 1997;YOUNG; LIU; LIU, 1996;RAHMAN; ZHONG, 1996;WEKHANDE et al., 1999;BENEDICT; LIPO, 2000). Os trabalhos de (MULJADI et al., 1993; LIU; WANG, 1994) apresentam métodos
para variar a capacitância do capacitor de partida em um motor de indução monofásico através de uma chave semicondutora ligada em paralelo ao próprio capacitor, e com isso melhorar o desempenho do motor monofásico. Os trabalhos (ROCHA et al., 1997;
YOUNG; LIU; LIU, 1996; RAHMAN; ZHONG, 1996; WEKHANDE et al., 1999; BENEDICT; LIPO, 2000) desenvolvem estratégias de acionamento em malha aberta aplicados a motores monofásicos.
A partir do início da década de 2000 vários estudos buscam a otimização da eficiência em sistemas que utilizam o motores de indução monofásicos. Nesse sentido, alguns tra- balhos têm direcionado seus interesses nos métodos de controle, sendo estes com medição da velocidade rotórica ou sensorless. Outras pesquisas promovem novas tecnologias de
hardwares e drives, e ainda objetiva-se o investimento no desenvolvimento de estratégias
de modulação.
O conceito de modulação vetorial, ou modulação space vector e a sua aplicação digi- tal são bem conhecidos em sistemas trifásicos acionando cargas trifásicas (HOLMES; LIPO, 2003). Porém, quando se considera o acionamento de cargas bifásicas, principalmente bifásicas assimétricas, existem poucas publicações na literatura tratando desse assunto (CHARUMIT; KINNARES, 2009). Alguns trabalhos fazem a discussão do uso da modu- lação space vector para o acionamento de máquinas bifásicas, sendo elas simétricas e assimétricas, aplicadas a conversores de dois, três ou até quatro braços (CHARUMIT; KINNARES, 2009; JANG; YOON, 2003; JABBAR; KHAMBADKONE; YANFENG, 2004; CUI; BLAABJERG; ANDERSEN, 2002; MARTINS et al., 2006). Neste trabalho, e em (VIEIRA et al., 2010a, 2010, 2012) é proposto um método geométrico aplicado na modulação de con- versores trifásicos de três braços acionando cargas bifásicas simétricas e assimétricas. A estratégia de modulação aqui proposta difere dos demais trabalhos principalmente na sua simplicidade de implementação, enquanto os resultados apresentados com o método proposto podem ser comparados aos resultados obtidos com a modulação space vector.
Em complemento ao desenvolvimento de estratégias de controle e modulação de con- versores tem-se o desenvolvimento de hardwares para tais acionamentos. De acordo com (DONLON et al., 2002) já no ano de 2002, no Japão cerca de 37% das aplicações residenciais que faziam o uso de motores de indução já usavam inversores, enquanto que nos Estados Unidos apenas cerca de 1% das aplicações faziam uso do inversor para acionamento destes motores. Seguindo essa perspectiva alguns trabalhos da última década têm apresentado topologias de conversores para o acionamento de motores de baixo custo (BLAABJERG et al., 2004; BA-THUNYA et al., 2001; BLAABJERG et al., 2002; CHOMAT; LIPO, 2003; DONLON et al., 2002; RAJAEI et al., 2010; ZAHEDI; VAEZ-ZADEH, 2009; SANTOS et al., 2010). Em
(BLAABJERG et al., 2004) são apresentadas topologias de conversores visando o aciona- mento em velocidade variável de motores de indução monofásicos. Confirma-se neste trabalho que o acionamento em velocidade variável resulta em melhorias na eficiência dos processos.
A partir da realização da modelagem, da revisão das topologias de hardware e modu- lação de conversores usados no acionamento dos motores bifásicos assimétricos, pode-se realizar o desenvolvimento de estratégias de controle vetorial aplicadas para estas. O controle vetorial proporciona ao sistema alto desempenho dinâmico. Porém, a utilização do controle vetorial aumenta a complexidade de acionamento em relação ao escalar V/f, na medida que requer o conhecimento de alguns parâmetros do motor, e conhecimento da velocidade rotórica. Com isso, há diminuição da robustez deste acionamento. No acionamento em malha aberta V/f, uma razão constante de tensão/frequência é injetada ao motor pelos enrolamentos estatóricos. Isto serve para manter o fluxo magnético do motor com um nível desejado, porém, devido ao sistema estar sujeito a variações de carga pode-ser ter um desempenho dinâmico insatisfatório.
Embora o controle vetorial esteja bem sedimentado para o caso de máquinas de in- dução trifásicas, quando se trata de máquinas assimétricas algumas restrições devem ser consideradas. Nesta máquina, as transformações de referencial não são realizadas de maneira direta e com invariância de parâmetros como acontece com as máquinas simétri- cas. O estudo que pode ser considerado pioneiro na utilização de controle vetorial em máquinas assimétricas é apresentado em (CORRÊA, 1997; CORRÊA et al., 2000). Os au- tores deste artigo propõem a utilização de um termo de compensação das assimetrias dos enrolamentos principal e auxiliar da máquina, e com isso é possível a utilização de es- tratégias de controle vetorial convencionais em máquinas de indução assimétricas. Nesta tese, assume-se que tensões e correntes estatóricas desequilibradas possam ser impostas de forma a compensar a assimetria da máquina, onde o termo que define a relação entre as amplitudes das tensões e correntes é definido pelos valores das indutâncias mútuas dos enrolamentos principal e auxiliar da máquina. Na sequência dos estudos, em (CORRÊA et al., 2004) os autores apresentam estratégias de controle vetorial DFOC e IFOC aplicadas à máquinas assimétricas com medição da velocidade rotórica. No mesmo estudo faz-se a utilização de um termo de compensação para operação com a máquina assimétrica. A partir destas publicações vários pesquisadores têm apresentado estratégias de controle vetorial aplicadas às máquinas de indução monofásicas, tal como em (POPESCU; IONEL; DORRELL, 2001; CECATI et al., 2006;VAEZ-ZADEH; HAROONI, 2005), onde as considerações apresentadas por (CORRÊA et al., 2000) são usadas e um modelo compensado para controle
vetorial é desenvolvido. Por outro lado alguns pesquisadores têm desenvolvido técnicas de controle DTC aplicadas a máquinas monofásicas com o objetivo de melhorar o compor- tamento dinâmico de sistemas empregando motores monofásicos, como apresentado em (NEVES et al., 2002; CAMPOS et al., 2007).