ÍNDICE

l-INTRODUÇÃO

1.1 - Generalidades .1.2 - Natureza multidisciplinar dos accionamentos

electrornecânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 - Referências históricas 71.4 - Objectivos e organização deste curso II

2 - SISTEMAS MECÂNICOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2. I - Descrição e modelação 152.1.1 - Inércia, atritos e efeitos elásticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.2 - Descrição de alguns tipos de cargas 202.1.3 - Órgãos de transmissão e adaptação de movimentos 232.1.4 - Freios e limitadores de binário 29

2.2 - Determinação de parâmetros mecânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2.1 - Cálculo do momento de inércia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.2.2 - Determinação de parâmetros a partir de ensaios

experimentais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322.3 - Exigências de serviço 33

2.3.1 - Estabilidade estática 35- ---.Í-

2.3.2 - Funcionamento em regime dinâmico 362.3.3 - Restrições impostas pela máquina eléctrica e pelo

conversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.4 - Efeitos parasitas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

442

3 - MÁQUINAS ELÉCTRICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453.1 - Máquinas de corrente contínua 45

3.1.1 - Aspectos gerais 453.1.2 - Modelação .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.1.3 - Comportamento dinâmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.2 - Máquinas assíncronas trifásicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 I3.2.1 - Generalidades 613.2.2 - Notação complexa em circuitos trifásicos e

transformações de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 643.2.3 - Modelos da máquina assíncrona trifásica em vários

referenciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72A - Coordenadas reais ("J23") 72B - Coordenadas a~s no estator e a~r no rotor 74C - Coordenadas a~ do estator para grandezas do

estator e do rotor 76D - Referencial dq a rodar para grandezas do estator

e do rotor 78E - Referencial dq e variáveis de estado 'Vs e ~r 81F - Referencial dq e variáveis de estado 'Vs e t, 82G - Referencial dq e variáveis de estado ir e 'Vr . . . . . . 82H - Referencial de fluxo estatárico. Variáveis de

estado 'Vs e is . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83I - Referencial_de fluxo rotárico. Variáveis de

estado 'Vr e i, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.2.4 - Funcionamento em regime estacionário 873.2.5 - Regime dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 104

4 - CONVERSORES ESTÁTICOS DEPOTÊNCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 109

4.1 - Noções gerais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1094.2 - Dispositivos semicondutores de potência 1124.3 - Rectificadores convencionais 116

4.3.1 - Funcionamento com fontes de tensão ideais . . . . . . . .. 1164.3.2 - Funcionamento com fontes de tensão degeneradas. . .. 1314.3.3 - Rectificadores serni-comandados e rectificadores com

díodo em roda livre 1354.3.4 - Rectificadores de quatro quadrantes 1394.3.5 - Modelação para regime dinâmico 1434.3.6 - Efeitos dos rectificadores sobre a rede 148

443

4.4 - Conversores de contínua para contínua (choppers) 1554.4.1 - Choppers de um quadrante 1554.4.2 - Choppers de dois quadrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1594.4.3 - Chopper de quatro quadrantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1624.4.4 - Modelação para efeitos de controlo. . . . . . . . . . . . . . .. 164

4.5 - Onduladores de tensão. . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1644.5.1 - Topologia e técnicas de comando por PWM . . . . . . . . . 1644.5.2 - Utilização dos onduladores em sistemas de controlo .. 173

4.6 - Onduladores de corrente 1754.7 - Associação de conversores e outros aspectos 181

4.7.1 - Associações em série, paralelo e cascata. . . . . . . . . . . . 1814.7.2 - Aspectos práticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 185

5 - TÉCNICAS DE CONTROLO DE SISTEMASAPLICADAS AOS ACCIONAMENTOS 191

5.1 - Introdução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1915.2 - Revisão de conceitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 192

5.2.1 - Descrição dos sistemas 1935.2.2 - Sistemas contínuos descritos por funções de

transferência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1955.2.3 - Simplificação de funções de transferência 206

5.3 - Projecto de sistemas uni variáveis por via analítica. . . . . . . . .. 2095.3.1 - Compensação em cadeia fechada 2115.3.2 - Critério do mínimo ITAE 2135.3.3 - Critério de Butterworth 2175.3.4 - Exemplos de casos solucionáveis com os critérios

anteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2215.3.5 - Rejeição da perturbação de carga e do ruído de

observação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2245.3.6 - Realimentação com ganho não unitário. . . . . . . . . . . .. 226

5.4 - Problemas típicos de controlo uni variável em accionamentos. 2275.4.1 - Regulação duma corrente de excitação. . . . . . . . . . . .. 2275.4.2 - Controlo da corrente num circuito com

força electromotriz perturbadora . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2295.4.3 - Controlo de velocidade 2325.4.4 - Controlo de posição. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2355.4.5 - Aspectos práticos na utilização de limitadores 2425.4.6 - Correcção de variações de ganho do conversor . . . . . .. 2455.4.7 - Outras considerações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 246

444

5.5 - Linearização de sistemas 248

6 - ACCIONAMENTOS COM MÁQUINAS DECORRENTE CONTÍNUA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 253

6.1 - Introdução 2536.2 - Regulação da velocidade em cadeia aberta . . . . . . . . . . . . . . .. 255

6.2.1 - Esquema básico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2556.3 - Controlo em cadeia fechada da máquina de excitação

independente 2606.3.1 - Conversores adequados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2606.3.2 - Controlo directo de velocidade 2646.3.3 - Regulação de velocidade com controlo subordinado da

corrente 2706.3.4 - Aspectos práticos relativos a variadores industriais 2786.3.5 - Alguns tipos de transdutores utilizados em

accionamentos .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 283

7 - ACCIONAMENTOS COM MÁQUINASASSÍNCRONAS TRIFÁSICAS 291

7.1 - Introdução 29 I7.2 - Comando por variação de tensão com frequência fixa 292

7.2.1 - Fundamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2927.2.2 - Conversores estáticos utilizados 2977.2.3 - Arrancadores suaves tiristorizados 2987.2.4 - Comportamento dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 302

7.3 - Comando por variação simultânea de tensão e frequência(técnica "V/f") 3087.3.1 - Método básico e variantes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3087.3.2 - Regime dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3177.3.3 - Conversores estáticos utilizados 3227.3.4 - Variadores "V/f" industriais " 327

7.4 - Comando por variação simultânea de corrente e frequência. .. 3327.4.1 - Fundamento do método; necessidade de estabilização. 3327.4.2 - Comportamento dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3387.4.3 - Imposição das correntes à custa de conversores reais .. 340

7.5 - Controlo em orientação de campo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3447.5.1 - Fundamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3447.5.2 - Exemplos de implementação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 350

445

7.5.3 - Ajuste de parârnetros do controlador . . . . . . . . . . . . . .. 3537.5A - Comportamento dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3557.5.5 - Alusão aos efeitos de assintonia 357

7.6 - Cascata hipossíncrona 3657.6.1 - Fundamento _. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3657.6.2 - Gamas de funcionamento 3707.6.3 - Técnica clássica de controlo 373

8 - ACCIONAMENTOS COM MÁQUINASSÍNCRONAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 377

8.1 - Introdução 3778.2 - Accionamentos com motor síncrono de magnetos

permanentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3788.2.1 - Breve descrição da máquina e seu modelo dinâmico .. 3788.2.2 - Fundamento da técnica de controlo. . . . . . . . . . . . . . .. 3838.2.3 - Enfraquecimento de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3858.2A - Regime dinâmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 389

8.3 - Motor síncrono convencional autopilotado . . . . . . . . . . . . . . .. 3938.3.1 - Autopilotagern da máquina síncrona com rectificadores

controlados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 393

9 - ASPECTOS COMPLEMENTARES 4019.1 - Os accionamentos na automação industrial . . . . . . . . . . . . . . .. 401

9.1.1 - Arquitecturas de controlo e auto mação . . . . . . . . . . . .. 4029.1.2 - Comunicação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4059.1.3 - Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4079.IA - Autómatos e computadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41 I9.1.5 - Inserção dos variadores electrónicos . . . . . . . . . . . . . .. 414

9.2 - Características funcionais; aspectos de qualidade e desegurança . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 416

9.3 - Comentários finais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 420

Apêndice A - CLASSES DE ISOLAMENTO DE MOTORES 425

Apêndice B - ÍNDICES DE PROTECÇÃO 426

Apêndice C - EXEMPLOS DE DADOS SOBRE MOTORES DECORRENTE CONTÍNUA COMERCIALIZADOS .... 427

446

Apêndice D - EXEMPLOS DE DADOS SOBRE MOTORES DEINDUÇÃO TRIFÁSICOS COMERCIALIZADOS . . . .. 428

Apêndice E - EXEMPLOS DE DADOS SOBRE MOTORESSÍNCRONOS TRIFÁSICOS DE MAGNETOSPERMANENTES COMERCIALIZADOS 429

Apêndice F - FORMAS DE MONTAGEM DE MOTORES. . . . . . . .. 430