Estator alimentado com tensões de fase nominais

Inicialmente, observam-se na Figura 5.3 as tensões por fase nominais medidas no estator do motor com ligação em estrela, ao utilizar os procedimentos de medição descritos na seção 5.1, ou seja, considerando a diferença entre a tensão medida em cada fase dos terminais da fonte e a tensão v0 também medida. A Figura 5.3 também mostra as tensões estatóricas por fase simuladas

pelo modelo dq proposto e pelo modelo em variáveis de fase de motor de indução com estator em estrela, quando são inseridas as componentes espaciais fundamental e de 3o harmônico do fluxo magnetizante em cada modelo. A simulação do modelo dq proposto obedece ao algoritmo proposto na subseção 4.2.4 do Capítulo 4, ao passo que a simulação do modelo de fases obedece ao algoritmo do motor em estrela mostrado na subseção 3.2.2 do capítulo 3.

(a) (b)

Figura 5.3 – Tensões de fase estatóricas nominais medidas e também simuladas pelos modelos dq proposto e de fases do motor ligado em estrela: (a) a vazio; (b) em regime permanente de carga mecânica.

A mesma Figura 5.3 mostra que as tensões estatóricas de fase simuladas (pelos modelos dq proposto e em variáveis de fase) e as tensões medidas são quase coincidentes.

A Figura 5.4, por sua vez, exibe as tensões por fase nominais no estator do motor quando não se leva em conta a influência do 3o harmônico espacial de fluxo magnetizante (gerado pela saturação magnética) sobre as tensões de fase do motor com estator em estrela. Neste último caso, a tensão medida v0 é considerada nula, e as tensões de fase do estator são iguais às tensões

de fase medidas nos terminais da fonte com a ajuda do sistema de aquisição visto na Figura 5.1. Os valores destas tensões, obtidos em cada passo de tempo pelo sistema de aquisição de dados citado, são os utilizados nas simulações do modelo linear (isto é, sem saturação) e do modelo que leva em conta apenas a componente fundamental do fluxo magnetizante originado pelo fenômeno da saturação, seja no modelo em variáveis dq quanto no modelo em variáveis de fase.

(a) (b)

Figura 5.4 – Tensões de fase nominais medidas no estator em estrela, empregadas nas simulações do modelo linear e do modelo que considera apenas a componente fundamental espacial do fluxo devida à saturação: (a) regime a vazio; (b) regime permanente de carga.

Nas Figuras 5.5(a) e 5.5(b) são evidenciados os espectros harmônicos correspondentes às tensões estatóricas nominais de fase medidas a vazio das Figuras 5.4(a) e 5.3(a). Comparando o espectro da Figura 5.5(a) com o da Figura 5.5(b), verifica-se que a componente de 3o harmônico da tensão de fase medida é de aproximadamente 0,73% do componente fundamental, no caso em

que a tensão v0 é nula. Enquanto isso, no caso em que v0 não é nula (usada no modelo proposto de

motor de indução que leva em conta o 3o harmônico espacial de fluxo magnetizante originado pela saturação), a componente de 3o harmônico é de 1,06% do seu componente fundamental.

(a) (b)

Figura 5.5 - Espectro harmônico das tensões de fase nominais medidas a vazio no estator do motor em estrela, nos casos em que: (a) a tensão v0 é nula; (b) a tensão v0 é diferente de zero.

A componente de 5o harmônico que aparece em ambos os espectros da Figura 5.5 é causada pelas distorções harmônicas provenientes da fonte de tensão empregada para alimentar o estator. A amplitude deste 5o harmônico é apenas um pouco maior no caso em que a tensão v0 é medida

entre o neutro da fonte e o neutro da máquina, conforme a Figura 5.5(b), uma vez que esta tensão de fato existe e é necessária para obter a tensão em cada fase do estator.

Os resultados de simulação das Figuras 5.6 até 5.8 levam em conta que as tensões de fase de alimentação do estator são iguais as tensões nominais do motor. A Figura 5.6(a) mostra as correntes de fase rotóricas simuladas pelos modelos lineares em variáveis dq (que leva em conta o alinhamento de eixos) e em variáveis de fase. A Figura 5.6(a) também exibe as correntes de fase rotóricas simuladas pelo modelo de fases com inclusão das componentes espaciais

fundamental e de 3o harmônico de fluxo magnetizante oriundos da saturação. A Figura 5.6(b), por sua vez, mostra estas correntes rotóricas simuladas pelo modelo de fases e pelo modelo dq proposto em que também é incluso até o 3o harmônico espacial de fluxo magnetizante.

(a) (b)

Figura 5.6 – Correntes de fase rotóricas do motor em estrela e sob tensões de fase nominais : (a) simulações pelos modelos lineares de fase, dq com alinhamento de eixos, e pelo modelo de fases com 3o harmônico; (b) simulações pelo modelo dq proposto e pelo modelo de fases com 3o harmônico.

Pela Figura 5.6, é possível observar que quando as fases do estator do motor conectado em estrela são alimentadas com tensões nominais, as correntes de fase do rotor simuladas pelos modelos dq proposto e de fases (Figura 5.6(b)), que incluem o 3o harmônico espacial gerado pela saturação, praticamente coincidem com as correntes rotóricas simuladas pelos modelos lineares em variáveis dq e em variáveis de fase mostradas na Figura 5.6(a). Esta coincidência se verifica principalmente durante o regime permanente de imposição de carga mecânica, e ocorre porque, sob tensões de fase nominais no estator, a componente de 3o harmônico espacial de fluxo magnetizante gerada pela saturação pode ser considerada desprezível comparado a sua componente espacial fundamental, de modo que não são induzidas componentes de 3o harmônico de valor relevante nas correntes de fase do rotor.

Na Figura 5.7 são ilustradas as velocidades mecânicas simuladas pelos modelos lineares em variáveis dq (com alinhamento de eixos) e em variáveis de fase. A Figura 5.8, por outro lado, mostra as velocidades mecânicas simuladas pelos modelos dq proposto e em variáveis de fase nos quais são inclusos o 3o harmônico do fluxo magnetizante originado pela saturação magnética.

(a) (b)

Figura 5.7 – Velocidades simuladas pelos modelos lineares, de fase e dq com alinhamento de eixos, para o motor de indução em estrela e sob tensões nominais: (a) perfil completo; (b) em regime permanente com carga.

(a) (b)

Figura 5.8 – Velocidades mecânicas simuladas pelos modelos dq proposto e de fases, incluindo o 3o harmônico, para o motor em estrela e sob tensões nominais: (a) perfil completo; (b) em regime permanente com carga.

Observando as Figuras 5.7 e 5.8, verifica-se que quando o estator do motor de indução é alimentado com tensões nominais, o perfil das velocidades mecânicas simuladas pelos modelos lineares, dq (com alinhamento de eixos) e de fases, são bem concordantes com as respectivas velocidades obtidas pelos modelos dq proposto e de fases que levam em conta as componentes espaciais fundamental e de 3o harmônico do fluxo oriundas da saturação magnética. Verifica-se, portanto, que no regime permanente de imposição de carga mecânica, as velocidades simuladas pelos dois modelos que levam em conta até o 3o harmônico de fluxo oriundo da saturação (Figura 5.8(b)) não apresentam oscilações de baixa freqüência significativas. Estas oscilações são causadas por este mesmo componente de 3o harmônico, o qual, como nas correntes rotóricas da Figura 5.6(b), também é de valor desprezível em face da componente espacial fundamental do referido fluxo magnetizante gerado pelo fenômeno da saturação.