LUIZ HENRIQUE REIS DE CASTILHO STIVAL PROPOSIÇÃO DE UMA PLATAFORMA DE ACIONAMENTO DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO PARA APLICAÇÃO EM LAVADORA DE ROUPA

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT

LUIZ HENRIQUE REIS DE CASTILHO STIVAL

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCTMESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA ELÉTRICA PROPOSIđấO DE UMA PLATAFORMA DE ACIONAMENTO DO MOTOR DE INDUđấO MONOFÁSICO PARA APLICAđấO EM

LAVADORA DE ROUPA

  Proposição de uma plataforma de acionamento do motor de indução monofásico para aplicação em lavadora deroupa / Luiz Henrique Reis de Castilho Stival; orientador: Ademir Nied. “Não tente ser um homem de sucesso; em vez disso, tente ser um homem devalor.” Albert Einstein RESUMO O motor de indução monofásico, em sua topologia de capacitor permanente, é empregado na maioria das lavadoras de roupas do mercado nacional.

LISTA DE ABREVIATURAS

  50 3.2.2 Topologias de acionamento do motor adotadas ............................................... 89 5.2.2 Faixa de velocidades de operação ...................................................................

1 INTRODUđấO GERAL

  Na topologia de inversor com trêsbraços, o ponto médio é obtido através de um braço comum do inversor para os dois O controle das chaves dos inversores se dá através de uma modulação que depende do tipo de inversor utilizado. Com as mudanças de referencial de Clarke e Park, as correntes de estator passam a ser representadas por duas componentes: ' (eixo A aplicação das técnicas de controle utilizando inversores de tensão em lavadoras de roupas está associada ao uso de motores trifásicos.

2 MOTOR DE INDUđấO MONOFÁSICO

  Entretanto, algumas compensações devem ser realizadas para se empregar as técnicas de controle e acionamento desenvolvidas para os motores trifásicos em Portanto, buscam-se soluções de controle e acionamento dos motores de indução monofásicos que satisfaçam requisitos de desempenho, eficiênciaenergética, fator de potência, custo e ruídos. O sistema (2.19) representa o modelo do motor de indução monofásico em (2.18) 'G 1- 9'/ 1- 3 E 1- F (2.17) 0- 1+ 9'/ 0- 3 E 0- F (2.16) 'G 1+ 9'/ 1+ 5 5 5 Substituindo as relações (2.2) a (2.6) e (2.10) a (2.13) na matriz (2.1), obtém- se a matriz de fluxos de rotor e de estator do motor em função das correntes, edependentes da posição angular do rotor, conforme (2.14),.

3 U5

  R Q ST ZN ) N 1- \ [ 3 ]'^ SendoN \ o torque de carga,] a inércia do rotor e _ o coeficiente de atrito viscoso associado ao sistema rotacional. 2.2.2 Transformação das equações do motor para um referencial arbitrárioNas Equações (2.19) e (2.25) nota-se que a dinâmica das correntes do motor e seu torque dependem da posição angular do rotor.

ST U)5

BCD: O O(2.27) ` 3 W @AB: Y)BCD: @AB: O O Além da transformada de Park, usa-se também sua transformada inversa, que permite a mudança do referencial girante para o referencial fixo no estator, ou seja,passa as grandezas ' e ( novamente para * e ,. )BCD: O O(2.28)ab `

3 W@AB: Y

BCD: @AB:

O O Em (2.27) e (2.28), é o ângulo do referencial que gira com a velocidade: O síncrona do campo girante, . Entre e há um ângulo chamado de ângulo de^ : : (2.29) : 3 : ) : ': O(2.30) ^

3 O

'GAplicando-se a transformada (2.27) às equações de fluxo (2.14) e tensão (2.19) do motor, e após algumas manipulações algébricas, chega-se ao modelo matemático do motor de indução que será usado nas simulações deste trabalho, F E E' / / d+ dd+ de+ d+ d+ d+(2.31) c f 3 c f W5 Y 9 Y 9 ^ c6 )g Y O F E E 5 e+ ed+ ee+ / / e+ g 6 f W 'G W e+ e+F ' / / d- 6 d- d- d- c f 3 WE Y W5 Y 9 Y 9 Z^ ) ^ Y[ c6 )g O F 6 E 5 / / e- g 6 f W 'G W e- - e- 6 6 d-(2.33) W/ Y 3 W4 Y W5 Y 9 W4 Y W5 Y 5 5/ 6 4 6 4 e+ +-e e- e+ - 6 d- 6 d- +-d d+ W/ Y 3 W4 Y W5 Y 9 W4 Y W5 Y 5 6 4 5/ 6 4 e- e- +-e e+ E

9 E E ) E E ) E

  ZS: [ ) h ;<= ZS: [ O O S S SA equação de torque eletromagnético do motor vem da relação entre as correntes de estator e de rotor e da indutância mútua os enrolamentos de estator ede rotor, como é mostrado em (2.36). Quanto maior o número de pólos, maior o torque quepode ser obtido com o motor, porém, através de (2.21), conclui-se que o aumento do número de pólos provoca uma redução na velocidade mecânica atingida pelo motorpara uma mesma frequência elétrica de alimentação.

3 Sunp v s

  Assim, consegue-se o desacoplamento entre o controle do fluxo e o controle do torque, ecom isso, a corrente de estator do eixo d controla o fluxo do rotor e a corrente de estator do eixo q controla o torque eletromagnético. O controle indireto do fluxo de rotor utiliza uma relação de escorregamento para estimar a posição do fluxo que é dada por (2.37).g (2.37) ^ 3 ^ ) ^ 3 4 5 † / A estrutura do controle de fluxo de rotor pelo modo indireto é mostrada na Figura 2.5.

3 N ) N

‡ O \ Q (2.39) R 3 ^ ZB] 9 _[ ‡ - ST N^ Q

3 N

  E d+ e+(2.55) 3 d+ SO controlador proposto para este controle é um proporcional-integral, dado por: [Zg 9 BN ‘(2.56) „ 3 € ‘ ‘ BN ‘ O diagrama de blocos que representa a malha dos controladores de correnteé mostrado em Figura 2.7, onde a variável corresponde à corrente de referência s d+ do controlador de . Na Figura 2.8 é mostrado este inversor, onde pode-se observar uma ponte retificadora da tensão de alimentação, um capacitor para o barramento de corrente S S S123 CASPIM Principal EAuxiliar S S S123 Figura 2.8: Sistema de acionamento do motor de indução bifásico Tanto a ponte retificadora quanto a ponte inversora trifásica podem ser encontradas comercialmente em módulos.

9 G m

  ‹•8 0+ 0+ 1+ 1+ onde e são os tempos de duração em que os vetores e são aplicadosG Gm m 0+ 1+0+ 1+ durante o período . Como a amplitude do vetor de referência nem sempre está em seu valor máximo, a soma dos tempos de e não corresponde a todo o período .

3 N ) G ) G

  ‹•8 0+ 1+ – A sequência de chaveamento deve ser definida de modo que apenas uma chave de potência seja comutada na transição de estados de chaveamento. Inicialmente foi apresentada a modelagem matemática O controle vetorial indireto por fluxo de rotor foi selecionado para este estudo, pois não requer sensores adicionais de fluxo e sua implementação é simplificada secomparada ao controle vetorial direto, já que não requer o desenvolvimento de observadores das grandezas do motor.

3 TOPOLOGIAS DE ACIONAMENTO E RESULTADOS DE SIMULAđấO

  Com esta taxa de execução são Com a taxa de execução de 62,5 µs são executadas as leituras dos sensores de velocidade, a transformada de Park, a integração da informação de velocidadepara obtenção da posição do rotor, os controladores de corrente, a transformada inversa de Park e os cálculos dos tempos de chaveamento dos IGBTs. A corrente no terceiro cabo de alimentação do motor, não foi medida, mas é resultado da soma das duas 1068]4 A [2 ten e-2 rr o -4 C -6 Corrente ia -10 -8 0,2 0,4 0,6 0,8 Corrente ib1 Tempo [s]Figura 4.17: Correntes de estator em agitação com inversor No acionamento do motor através do inversor a corrente iniciou seus ciclos 5 partindo de zero, enquanto a corrente foi com uma defasagem de 90° de .

5 COMPARATIVO ENTRE A PLATAFORMA DE ACIONAMENTO ATUAL E A PLATAFORMA DE ACIONAMENTO PROPOSTA

  O acionamento do motor com inversor permite o uso de rotinas de estimação de velocidade, com a consequente remoção do sensor de velocidade, dos cabosque o ligam ao circuito de controle e do circuito para condicionamento de seus sinais. 5.3.1 Fonte de AlimentaçãoA fonte de alimentação para o circuito com TRIAC corresponde basicamente a um filtro de surtos de tensão na entrada da placa e um circuito de retificação paraobtenção da tensão de 5 V para alimentação do microcontrolador.

6 CONCLUSÃO GERAL

  Estas simulações contribuíram para o projeto eavaliação de diferentes alternativas de controle sem a necessidade de implementação física de todas elas. Uma função viabilizada pelo controle com inversor foi a possibilidade de operação de motor em rotações maiores que a nominal, o que pode trazerbenefícios na capacidade de extração de água das roupas.

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