Controle em Malha Fechada de Motores

Em um sistema de circuito fechado, a saída do sistema é alimentada de volta à entrada, permitindo que o sistema controle o acionamento elétrico e se ajuste automaticamente. Os loops de feedback em um acionamento elétrico são incorporados para atender aos seguintes requisitos críticos:

• Aumento de Torque e Velocidade: Para melhorar o desempenho de torque e velocidade do sistema.

• Melhoria da Precisão em Estado Estacionário: Para aumentar a precisão do sistema durante a operação em estado estacionário.

• Proteção: Para proteger os componentes do acionamento elétrico de possíveis danos.

Os principais componentes de um sistema de circuito fechado incluem o controlador, o conversor, o limitador de corrente e o sensor de corrente, entre outros. O conversor desempenha um papel crucial na conversão de energia de frequência variável para uma frequência fixa e vice-versa. O limitador de corrente, por outro lado, funciona para evitar que a corrente exceda um valor máximo pré-definido. Abaixo, exploraremos os diferentes tipos de configurações de circuito fechado.

Controle de Limite de Corrente

Este esquema de controle é projetado para manter as correntes do conversor e do motor dentro de um intervalo seguro durante as operações transitórias. O sistema possui um loop de feedback de corrente integrado com um circuito lógico de limite.

O circuito lógico serve como proteção, evitando que o sistema sofra de corrente excessiva. Caso as operações transitórias causem a corrente a subir acima do valor máximo pré-definido, o circuito de feedback é ativado. Ele prontamente toma medidas corretivas, forçando a corrente a cair abaixo do limite máximo. Uma vez que a corrente retorna a níveis normais, o loop de feedback é desativado, retornando ao seu estado de espera.

Controle de Torque em Circuito Fechado

Sistemas de controle de torque em circuito fechado são amplamente utilizados em veículos movidos a bateria, aplicações ferroviárias e trens elétricos. O torque de referência T^* é determinado pela posição do pedal do acelerador. O controlador de loop então trabalha em conjunto com o motor para garantir que a saída de torque real siga de perto o valor de referência T^*. Ajustando a pressão no acelerador, o operador pode efetivamente controlar a velocidade do sistema de acionamento, pois a saída de torque influencia diretamente a aceleração e a velocidade do veículo ou trem.

Controle de Velocidade em Circuito Fechado

O diagrama de blocos do sistema de controle de velocidade em circuito fechado é ilustrado na figura abaixo. Este sistema apresenta uma estrutura de controle aninhada, com um loop de controle interno embutido em um loop de velocidade externo. A função principal do loop de controle interno é regular a corrente e o torque do motor, garantindo que permaneçam dentro dos limites seguros de operação.

Controle de Velocidade em Circuito Fechado

Suponha que haja uma velocidade de referência ωm∗ que gera um erro de velocidade positivo Δω*m. Este erro de velocidade é processado por um controlador de velocidade e, em seguida, alimentado em um limitador de corrente. Notavelmente, o limitador de corrente pode ficar sobrecarregado mesmo com um pequeno erro de velocidade. O limitador de corrente, então, define a corrente para o loop de controle de corrente interno. Subsequentemente, o sistema de acionamento inicia a aceleração. Uma vez que a velocidade do acionamento corresponda à velocidade desejada, o torque do motor iguala o torque de carga. Este equilíbrio faz com que a velocidade de referência diminua, resultando em um erro de velocidade negativo.

Quando o limitador de corrente atinge a saturação, o acionamento entra em modo de frenagem e começa a desacelerar. Por outro lado, quando o limitador de corrente se dessatura, o acionamento transita suavemente do estado de frenagem de volta ao modo de tração.

Controle de Velocidade em Circuito Fechado de Acionamentos Multi-Motores

Em sistemas de acionamento multi-motores, a carga total é distribuída entre vários motores. Cada seção do sistema está equipada com seu próprio motor, que é principalmente responsável por carregar a carga específica dessa seção. Embora as classificações dos motores variem dependendo do tipo de carga que servem, todos os motores operam na mesma velocidade. Quando os requisitos de torque de cada motor individual são atendidos por seu mecanismo de acionamento respectivo, o eixo de acionamento precisa apenas suportar um torque de sincronização relativamente pequeno, facilitando a operação coordenada da configuração multi-motores.

Em uma locomotiva, devido a diferentes graus de desgaste, as rodas não giram em uma velocidade uniforme. Como resultado, a velocidade de acionamento da locomotiva flutua conforme. Além de manter uma velocidade consistente, é igualmente crucial garantir que o torque seja distribuído uniformemente entre os múltiplos motores. Se este equilíbrio não for alcançado, um motor pode se sobrecarregar enquanto outro permanece subutilizado. Este desequilíbrio leva a uma situação onde o torque nominal da locomotiva inteira é significativamente menor que a soma das classificações de torque dos motores individuais.