Controle Escalar sem Filtro Passivo de Entrada

No controle escalar, é mantida uma relação V/f constante. Entretanto, em baixas frequências a tensão tenderia a zero, o que reduzirá o fluxo magnético da máquina. Como existe queda de tensão na resistência e indutância de estator da máquina, foi necessário estabelecer um limite mínimo para a tensão, em cerca de 5% de seu valor nominal. A Figura 5.1 mostra como foi realizada a implementação da relação V/f constante com a limitação da tensão.

Figura 5.1 – Implementação da relação V/f constante e limitação da tensão

A Figura 5.2 ilustra as ondas de fluxo magnético rotórico, velocidade e conjugado eletromagnético desenvolvidos pelo motor na simulação com controle escalar sem filtro de entrada.

52 Figura 5.2 – Fluxo magnético rotórico, velocidade e conjugado eletromagnético desenvolvidos pelo motor

na simulação (Controle Escalar sem filtro de entrada)

A máquina parte a vazio, e um degrau de conjugado de carga é dado na marca de 2 segundos, no valor do conjugado nominal. São verificadas pequenas oscilações de fluxo, velocidade e conjugado eletromagnético no momento de aplicação da carga nominal.

A característica de velocidade mostrada na Figura 5.2 indica que o motor de indução seguiu razoavelmente os comandos de velocidade. Entretanto, oscilações mais fortes são percebidas na reversão de sentido de velocidade, especialmente em torno de 10 segundos. Essa situação é semelhante à da máquina partindo com carga nominal no eixo. O fluxo magnético também desenvolve grandes oscilações nesses momentos. Essas grandes variações provocam variações rápidas e altas nas correntes da máquina, o que é inaceitável em muitos casos.

Quando a máquina se desacelera a partir da velocidade nominal, em 3,5 segundos, a carga contribui para a redução de sua velocidade, portanto, a máquina de indução desenvolverá um conjugado menor que o da carga nominal.

Em 6,5 segundos, a máquina se estabiliza na velocidade nominal negativa, entretanto com conjugado positivo, estando na região de operação de frenagem. Em 8,5 segundos, a máquina se acelera, seguindo a rampa de aceleração para voltar à velocidade nominal positiva. Então a máquina desenvolve um conjugado acima do

53 conjugado nominal, pois está se acelerando com carga nominal. Nessa situação, a corrente da máquina será maior que a nominal.

A Figura 5.3 mostra o erro de fluxo rotórico em relação ao fluxo nominal da máquina.

Figura 5.3 – Erro de Fluxo Rotórico em % (Controle Escalar sem filtro de entrada)

A Figura 5.4 mostra o erro de velocidade em porcentagem da velocidade nominal.

Figura 5.4 – Erro de Velocidade em % (Controle Escalar sem filtro de entrada)

A Figura 5.5 mostra a tensão da fase Ea (medida em relação à referência do conversor), a tensão de linha Eab e a corrente de linha Isa aplicadas à máquina pelo

54 inversor de frequência. Não foram plotadas correntes e tensões trifásicas, para facilitar a visualização.

Figura 5.5 – Tensão de fase, de linha e corrente de linha aplicadas à máquina pelo conversor (Controle Escalar sem filtro de entrada)

A corrente de partida do motor está elevada, pois ele não está partindo com fluxo magnético estabelecido. Portanto, deseja-se evitar essa situação.

Como o inversor em simulação possui três níveis, a tensão de fase apresenta três níveis, e a de linha, cinco níveis, o que está de acordo com a Figura 5.5.

Entretanto, foram observadas grandes oscilações no fluxo magnético de rotor, velocidade e conjugado eletromagnético. As correntes de linha drenadas pelo motor também sofrem elevadas oscilações, que são mais expressivas nos momentos de reversão de sentido de velocidade. A corrente alcança valores muito maiores que os nominais, como mostrado na Figura 5.5. Essa situação representa um risco tanto para o motor como para as instalações elétricas e sistema de proteção.

Para observar os efeitos das harmônicas nas correntes, foi restringido um intervalo de tempo em que o sistema alcançava regime permanente após o degrau de carga, o que é ilustrado na Figura 5.6.

55 Figura 5.6 – Tensão de fase e de linha aplicadas ao motor pelo inversor de frequência e a corrente de linha,

em intervalo restrito, regime permanente (Controle Escalar sem filtro de entrada)

Observa-se que a correntes é próxima a uma senóide pura, uma vez que o motor de indução é uma carga fortemente indutiva. Porém, ainda possuem um ripple causado pelas harmônicas da tensão aplicada ao motor.

A análise espectral das ondas de corrente e tensão mostra a distribuição de frequência dessas ondas e também a Taxa de Distorção Harmônica (THD). A Análise espectral foi realizada no mesmo intervalo restrito, após atingido regime permanente, durante dois ciclos.

A Figura 5.7 apresenta o espectro de frequência da tensão de fase aplicada à máquina, que possui uma THD de 58,81%, bastante elevada, por se tratar de uma onda de apenas 3 níveis. Foi notada expressiva presença de terceiro harmônico e do harmônico dominante, em 1080Hz, que é a frequência de chaveamento.

56 Figura 5.7 – Espectro de Frequência da Tensão de fase Eao (Controle Escalar sem filtro de entrada)

A Figura 5.8 apresenta o espectro de frequência da tensão de linha aplicada à máquina, que possui uma THD de 34,01%, um pouco menor que a THD da tensão de fase, por se tratar de uma onda de 5 níveis. Os harmônicos dominantes se apresentam em torno de duas vezes a frequência de chaveamento, ou seja, em torno de 2160Hz. Como eles possuem uma amplitude relativamente baixa comparada à do harmônico dominante da tensão de fase, a THD da tensão de linha será menor que aquela constatada para a tensão de fase.

Figura 5.8 – Espectro de Frequência da Tensão de linha Eab (Controle Escalar sem filtro de entrada) A Figura 5.9 apresenta o espectro de frequência da corrente de linha aplicada à máquina, que possui uma THD de 7,90%, pois a máquina de indução comporta-se como um filtro passa baixas. Entretanto, esse valor ainda é considerável.

57 Figura 5.9 – Espectro de Frequência da corrente de estator (Is) da máquina (Controle Escalar sem filtro de

entrada)