Modelagem do Motor de Indução Trifásico para Acionamentos de Servomecanismos de Alta Potência em Substituição ao Motor de Corrente Contínua

Resumo

Apesar da indiscutível controlabilidade e versatilidade do motor de corrente contínua (MCC) no acionamento de servomecanismos de baixa potência, em aplicações industriais de controle de posição e/ou velocidade com alta densidade de potência, o MCC é frequentemente substituído pelo motor de indução trifásico (MIT) acoplado a inversores de frequência. O MIT é uma máquina elétrica rotativa assíncrona de corrente alternada, inerentemente robusta e de baixo custo, comparativamente aos MCC de mesma potência. Esta máquina de corrente alternada dispensa comutadores (retificadores mecânicos rotativos), que são os calcanhares de Aquiles das MCC em aplicações de alta potência, já que eles limitam as correntes e tensões no enrolamento de armadura e velocidade do eixo. Através do emprego de conversores baseados em eletrônica de potência (inversores de frequência e conversores back-to-back de quatro quadrantes) e formulação adequada (por vetores espaciais dq ou Park), é possível controlar a MIT utilizando-se das mesmas técnicas de controle do MCC, por exemplo, por controladores PID tradicionais ou mesmo bioinspirados. É como se a formulação vetorial, para fins de controle, desmembrasse o MIT em duas MCC: uma dita de eixo direto (d) e outra de eixo em quadratura (q). A presente pesquisa se justifica como promovedora de conhecimento científico no campo da modelagem de MIT para subsidiar o projeto principal, denominado “Projeto de Compensadores Baseado em Computação Inteligente Bioinspirada para o Controle de Servomecanismos Acionados por Motores de Corrente Contínua“, depositado na base de dados do SISPG/UPE. O objetivo da pesquisa foi modelar a MIT, matemática e computacionalmente, incluindo a presença de conversores, realizar revisão bibliográfica, simular o MIT acionado por conversores em ferramenta computacional e produzir material de referência sobre a modelagem e o controle do MIT. Na etapa teórico-descritiva, foram adotadas, intercaladamente, as abordagens qualitativa e quantitativa, associadas à modelagem matemática e computacional do MIT. Em etapa prática, o MIT foi submetido a eventos como: partida, tomada de carga gradativa e em degrau, inversão de polaridade, variações paramétricas, etc. A plataforma computacional empregada na modelagem e simulação computacional do MIT e controle de corrente por controlador PID foi o MATLAB/SIMULINK, na qual foram resolvidas, por métodos numéricos, as equações diferenciais que regem a dinâmica do MIT, levantadas na etapa de modelagem matemática. Como resultados da pesquisa aqui apresentada, são disponibilizados modelo para simulação computacional de um MIT, acompanhado de descrição detalhada da modelagem matemática e algoritmos numéricos empregados na modelagem, para subsidiar pesquisas sobre acionamento de servomecanismos de elevada densidade de potência, como os presentes em indústrias, por exemplo, acionamento de bombas hidráulicas de torres de resfriamento, esteiras transportadoras, pontes rolantes, etc.Palavras-chave: Motor de indução; Corrente alternada; Modelagem; Análises.