Controle vetorial em quadratura de velocidade em motores de indução trifásicos para aplicações em controle de vazão de ar em ventiladores industriais
Data
2022-10-05
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Resumo
Air flow control through of fans can be applied in various areas, from industry, in combustion
or air renewal processes, to commercial and residential air conditioning systems. The fans
responsible for airflow control are equipment whose driving force is provided by the coupling
of electric induction motors on their blades, and the flow control is directly related to the
motor speed control, according to the first law of fans. There are some ways to control the
speed of induction motors: change in the number of poles, variation of the supply frequency,
or with vector control techniques, which have good dynamic performance and efficiency. The
so called vectorial techniques provide a decoupling between the magnetic flux and conjugate,
enabling the independent control of these quantities, but requiring a well established dynamic
model of the motor, so that it is possible to perform the tuning of the control loops. Based on
this, and considering the importance of a reliable flow control, this paper aims to design a
quadrature vector control system with the stator flux in closed loop, by obtaining a dynamic
model of an induction motor applied to a load that simulates a fan, from an analytical
methodology for obtaining the parameters of the motor model. The tests and simulations, as
well as the controllers tuning were developed with PSIM and MatLab software, where results
were obtained that proved the validity of the model development methodology and the
controllers tuning, as well as the speed control in permanent regime foreseen.
Descrição
O controle de vazão de ar por meio de ventiladores pode ser aplicado em diversas áreas,
desde a indústria, em processos de combustão ou renovação do ar ambiente, até sistemas de
condicionamento de ar comerciais e residenciais. Os ventiladores responsáveis pelo controle
de fluxo de ar são equipamentos cuja força motriz é disponibilizada com o acoplamento de
motores elétricos de indução em suas pás, e o controle de vazão é relacionado diretamente ao
controle de velocidade, de acordo com a primeira lei dos ventiladores. Existem algumas
formas de se controlar a velocidade de motores de indução: mudança no número de polos,
variação da frequência de alimentação, ou com as técnicas de controle vetorial, que
apresentam bom desempenho dinâmico e rendimento. As técnicas ditas vetoriais
proporcionam um desacoplamento entre o fluxo magnético e o conjugado, possibilitando o
controle independente dessas grandezas, mas necessitando de um modelo dinâmico do motor
bem estabelecido, para que seja possível realizar a sintonia das malhas de controle. Com base
nisso, e visando a importância de um controle de vazão confiável, o presente trabalho tem
como objetivo projetar um sistema de controle vetorial em quadratura com o fluxo estatórico
em malha fechada, por meio da obtenção de um modelo dinâmico de um motor de indução
aplicado a uma carga que simula um ventilador, a partir de uma metodologia analítica para
obtenção dos parâmetros do modelo do motor. Os testes via simulações, bem como a
sintonia dos controladores foram desenvolvidas com os softwares PSIM e MATLAB, em
que se obtiveram resultados que comprovaram a validade da metodologia de
desenvolvimento do modelo e de sintonia dos controladores, bem como o controle de
velocidade em regime permanente previsto.
Palavras-chave
Vazão de ar, Controle vetorial, Velocidade, Motor de indução
Referência
SANTOS, Nailson Figueiredo dos. Controle vetorial em quadratura de velocidade em motores de indução trifásicos para aplicações em controle de vazão de ar em ventiladores industriais. 2022. 88f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) - Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2022.