CONTROLE VETORIAL X CONTROLE ESCALAR EM INVERSORES PWM: APLICAÇÃO.

Centro Universitário do Leste de Minas Gerais

Automação

Engenharia Elétrica

CONTROLE VETORIAL X CONTROLE ESCALAR EM INVERSORES PWM: APLICAÇÃO.

Autores: André Francês

Mateus Sales

Rafael Santos

Renácio Vieira

Wellington Pinheiro

Professor Orientador: Genésio Gomes Diniz

Resumo: Neste trabalho, é descrito o controle escalar e o controle vetorial PWM, suas características e principais aplicações.

1 INTRODUÇÃO

Os conversores de frequência, também conhecidos como inversores de frequência, são dispositivos eletrônicos que convertem a tensão da rede alternada senoidal, que pode ser monofásica ou trifásica, em tensão contínua de amplitude e frequência constantes e por fim convertem esta última, em uma tensão C.A. trifásica de amplitude e frequência variáveis.

Os conversores de Frequência de última geração, não somente variam como regulam a velocidade do eixo de motores de indução C.A. trifásicos, e também, realizam o controle de outros parâmetros inerentes a esse motor, sendo que um deles é o controle de torque.

Através da funcionalidade que os microcontroladores trouxeram, os conversores de frequência hoje, são dotados de poderosas CPUs ou placas de controle microcontroladas, que possibilitam uma infindável variedade de métodos de controle, expandindo e flexibilizando o uso dos mesmos. Cada fabricante consegue implementar sua própria estratégia de controle, de modo a obter domínio total sobre o comportamento do eixo do motor, permitindo que em muitas aplicações motores de indução C.A. trifásicos substituam inclusive Servo Motores. Os benefícios são diversos, como redução no custo de desenvolvimento, custo dos sistemas de acionamento, custo de manutenção.

2 DESENVOLVIMENTO

2.1 Por que utilizar controle vetorial e Controle escalar

Baseada na performance dos acionamentos de corrente contínua, a tecnologia de conversores de corrente alternada evoluiu proporcionando características de controle de velocidade e de torque aos motores assíncronos trifásicos, usufruindo os benefícios de baixo custo de aquisição e de manutenção desses motores.

Além disso, os motores assíncronos possuem vantagens de tamanho em relação aos motores de corrente contínua (tanto no seu diâmetro quanto no seu comprimento) que, por consequência, proporciona uma vantagem em relação a diminuição de seu peso total, além de ter um grau de proteção maior (que garante uma maior proteção ao motor) e menor custo de manutenção.

O primeiro passo dessa evolução foram os Conversores de Frequência com Controle Escalar (ou V/f) e chaveamento do tipo PWM (Pulse Width Modulation ( Modulação por Largura de Pulso).

2.2 Diferenças entre inversores escalares e vetoriais

A principal diferença entre os inversores Escalares e os Vetoriais deve-se a capacidade dos inversores vetoriais imporem o torque necessário ao motor, de forma precisa e rápida permitindo uma elevada velocidade de resposta dinâmica a variações bruscas de carga.

Os Invesores Escalares apresentam uma resposta dinâmica bem mais lenta, demorando mais para reagir a qualquer alteração de velocidade ocorrida ou

solicitada.

2.3 O Controle Escalar:

Em linhas gerais, podemos dizer que os inversores escalares baseiam-se em equações de regime permanente. A lógica de controle utilizada é a manutenção da relação V/F constante. Apresentam um desempenho dinâmico limitado e usualmente são empregados em tarefas simples, como o controle da partida e da parada e a manutenção da velocidade em um valor constante (regulação).

Apesar de eficiente para um bom número de aplicações, o modo de controle Escalar (V/f) possui algumas limitações:

• Não possui controle de conjugado;

• Possui baixa performance dinâmica.

• Não usa a orientação do campo magnético;

• Ignora as características técnicas do motor;

Durante algum tempo coexistiram no mercado os dois tipos de conversores de frequência disponíveis: o escalar e o vetorial. Atualmente existe no mercado apenas o tipo de conversor de frequência vetorial. No entanto tais conversores vetoriais têm a capacidade de funcionar também no modo escalar. A diferença entre conversores de frequência escalar e vetorial está basicamente na curva que relaciona Torque e Rotação, o que implica em mudanças de software e do ponto de vista do hardware o diagrama dos dois tipos de conversor é o mesmo.

A tecnologia do modo de controle de velocidade do conversor de frequência escalar, por ser um controle em função das variáveis Tensão [V] e Frequência [f] da alimentação do estator, a qual busca manter a relação V/f em valor constante, tem a inconveniência de não oferecer altos torques em baixas rotações, pois o torque é função direta da corrente de alimentação. Operando em frequências bem baixas o motor se torna muito resistivo (a baixa frequência degrada a parcela indutiva pois XL=2πfL) e, a performance do modo de controle de velocidade do conversor de frequência escalar não mais consegue recuperar o torque. Assim a frequência mínima costuma ser limitada a 3 Hz, abaixo da qual um conversor escalar não conseguiria desenvolver torque no motor.

No conversor de frequência escalar, a curva que estabelece a relação entre a Tensão de Saída [V] e Frequência de Saída [f], pode ser parametrizada. O inversor escalar é indicado para partidas suaves, operação acima da velocidade nominal do motor e operação com constantes reversões.

Por sua vez o conversor de frequência vetorial não possui uma curva parametrizável, na verdade o controle atua fazendo com que essa curva varie de acordo com a demanda de torque, portanto este controle possui uma atuação que faz variar a tensão e a frequência do motor,