Implementou-se o controlador no simulador para o controlador I da Tabela 3, e obteve-se os resultados de velocidade e corrente de referência mostrados na Figura 40. Em 2,98 segundos após o acionamento, aplicou-se uma carga de resistência 3 Ω no gerador CC.
Figura 40 – Gráfico de resultados obtidos para a velocidade e corrente para o controlador I com aplicação de carga resistiva ao gerador CC acoplado à MRV
59 Percebe-se que o gráfico da simulação da velocidade se mantém bem próximo ao aplicado na máquina real, uma vez que estão sobrepostos em praticamente toda sua extensão, assim como a corrente de referência. O erro quadrático médio absoluto foi calculado para medir a diferença entre os dados simulados e real, desprezando o regime transitório. Desta maneira, a Tabela 7 resume os erros de velocidade e corrente durante o período de operação à vazio e após a aplicação da carga. Para a velocidade, mediu-se o erro tanto entre o real e a referência como entre o real e o simulado, e para a corrente entre o real e o simulado.
Tabela 7 – Erro quadrático médio absoluto de velocidade e corrente para o controlador I em condição de carga
Perturbação Velocidade (rpm) Corrente (A)
Real e simulado Real e referência Real e simulado
Operando à vazio 5,80 5,63 0,13
Operando com carga
de 3 Ω no gerador CC 8,05 8,35 0,39
Fonte: Elaborada pelo autor.
Infere-se a partir da Tabela 7 que os erros entre o real e a referência e o real e o simulado da velocidade se mantém bem baixos, visto que a velocidade de referência é 1000 rpm. A corrente de referência também permanece bem próxima da prática, mesmo após a aplicação de cargas. Para diminuir o erro medido, um ajuste fino deveria ser realizado no controlador para que se elimine o erro de referência apresentado.
O segundo experimento consistiu em acionar a máquina com o mesmo controlador I e, após cinco segundos, aplicar uma falta de fase e observar o comportamento da velocidade e corrente de referência. A Figura 41 ilustra os resultados obtidos em comparação à simulação sob as mesmas condições.
Observa-se novamente pelo gráfico que os dados de simulação e práticos permaneceram dentro de valores satisfatórios, salvo nos regimes transitórios em que o real diferiu em pequena proporção do simulado. Quando submetido à falta, o desempenho da máquina é prejudicado por possuir apenas 2 fases em operação, sendo necessário o incremento da corrente de referência da máquina, observada a partir da falta.
Calculou-se novamente o erro quadrático médio absoluto para verificar o quanto os dados de simulação e prático se distanciaram entre si e da referência proposta, resumido na Tabela 8, utilizando a mesma metodologia supracitada.
60 Percebe-se que a perturbação da falta de fase tem o erro de velocidade e corrente menor quando comparado com a carga do gerador CC, sendo possível observar um comportamento mais estável da máquina quando submetido à falta de fase.
Figura 41 – Gráfico de resultados obtidos para a velocidade e corrente para o controlador I com aplicação de falta de fase à MRV
Fonte: Elaborada pelo autor.
Tabela 8 – Erro quadrático médio absoluto de velocidade e corrente para o controlador I em condição de falta
Perturbação Velocidade (rpm) Corrente (A)
Real e simulado Real e referência Real e simulado
Operando à vazio 5,62 5,71 0,13
Operando com uma
falta de fase 6,32 6,73 0,18
Fonte: Elaborada pelo autor.
Os gráficos das correntes real e simulada também foram adquiridos e estão expostos nas Figura 43 e Figura 42. Foi utilizada uma ponteira de medição com relação de 100 mV/A. Percebe-se que a oscilação da corrente é condizente com a comutação suave, exposta em 2.5.4. O gráfico da corrente obtida em osciloscópio foi obtido de uma fase operante após a condição de falta.
61 Figura 42 – Corrente de uma fase medida em osciloscópio para o controlador I após a falta de fase
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 43 – Simulação da corrente em cada fase da máquina em operação normal
Fonte: Elaborada pelo autor.
Outros gráficos podem ser gerados pela simulação, como o perfil de indutâncias observado na Figura 44. Verifica-se que os valores permaneceram dentro do estimado em 2.6.1, seção que identificou os perfis de indutância da máquina real. É também possível notar um alongamento do ponto máximo de indutância para cada fase devido ao decréscimo brusco da
62 corrente pelo desligamento da fase, levando a indutância para um perfil de corrente menor conforme verificado na Figura 19, em que foram determinados os perfis de indutância para cada nível de corrente.
Figura 44 – Perfil de indutâncias da simulação
Fonte: Elaborada pelo autor.
Figura 45 – Derivadas das indutâncias pelo ângulo
Fonte: Elaborada pelo autor.
A Figura 45 mostra os perfis de derivadas das indutâncias de cada fase. Este bloco, conforme comentado em 3.1.2, tem como entrada as correntes de cada fase e o ângulo atual do rotor, e a saída é a derivada de indutância de cada fase. Optou-se por utilizar este método devido
63 ao maior grau de confiabilidade dos dados durante a simulação, pois as indutâncias sofrem pequenas oscilações durante toda a simulação, e isto acarretaria grandes variações na derivada. Esta característica afetaria todos os blocos que dependem da derivada, como o bloco de conjugado da máquina e a força contraeletromotriz.
Conforme discutido em 2.5.3, o controle da corrente por histerese gera pulsos de corrente na fonte da máquina. Isto pode ser concretizado pela Figura 46, que mostra os gráficos da corrente na fonte e em cada chave e diodo da fase A da MRV.
Figura 46 – Gráficos da corrente na fonte (superior) e em cada chave e diodo (inferior) no modo de comutação suave
Fonte: Elaborada pelo autor.
Na comutação suave com controle de corrente por histerese, as chaves superior S1A e inferior S2A ligam para conduzir corrente pela fase até que esta alcance o valor de referência, sendo desligada a chave S1A e mantendo-se a circulação da corrente pelo diodo de roda livre D1A. Ao ocorrer o desligamento da chave, a fonte não mais fornece corrente para o circuito até que as chaves S1A e S2A estejam ligadas novamente. No término da faixa de condução da fase, as duas chaves são desligadas, sendo devolvida a corrente para a fonte por meio dos diodos D1A e D2A. A análise aqui estabelecida guarda muita semelhança com o observado na Figura 16, em que Miller (2001) explana o controle apenas para uma fase isolada, enquanto a Figura 46 analisa a fase A com as outras em funcionamento, observada pela corrente da fase C que está retornando à fonte no início do gráfico e pela corrente entregue à fase B no final do gráfico. Para ilustrar a aplicação de tensão e circulação de corrente na fase no modo de comutação suave,
Fase B Fase C
64 a Figura 47 reproduz o mesmo resultado do exposto na Figura 18, evidenciando a fidelidade do simulador ao desenvolvido na modelagem da máquina.
Figura 47 – Gráfico da corrente, tensão e indutância na fase A no modo de comutação suave em escala diferente na simulação
Fonte: Elaborada pelo autor.
A Figura 48 mostra o gráfico do conjugado resultante da máquina operando em vazio. É possível observar a oscilação do conjugado de modo acentuado, característica desvantajosa da máquina para aplicações que se necessite de conjugado linear. O chaveamento da fase torna ainda mais oscilatório o comportamento do conjugado, observado pelas pequenas variações na figura. A medição do conjugado real médio da máquina não foi possível porque o sensor de conjugado havia sido desmontado.
Figura 48 – Conjugado resultante no modo de comutação suave da máquina em simulação
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