O que é um controle vetorial?

Passo 1

O enunciado pede que a gente explique o que é um controle vetorial. Esse tema pertence ao conteúdo de acionamento de máquinas elétricas de corrente alternada (indução ou síncrona) e envolve a teoria de transformação de referência e desacoplamento de variáveis para controlar torque e fluxo de forma independente. Para responder, vamos apresentar a modelagem básica da máquina, as transformações de Clarke e Park, o esquema de controle em eixos d-q e a implementação prática.

Passo 2

Em uma máquina de corrente alternada, as correntes trifásicas (i_a,i_b,i_c) produzem simultaneamente fluxo magnético e torque, mas esses dois efeitos estão acoplados. No controle escalar (por exemplo, V/f), esse acoplamento limita a dinâmica da resposta. O controle vetorial resolve isso ao desacoplar torque e fluxo, tratando-os como se fossem variáveis independentes, como num motor de corrente contínua.

Passo 3

Para desacoplar as variáveis, usamos duas transformações:
  1. Transformação de Clarke: converte (i_a,i_b,i_c) no sistema estacionário de dois eixos ortogonais (i_\alpha,i_\beta).
  2. Transformação de Park: gira o referencial estacionário (\alpha,\beta) até um referencial síncrono d-q que gira com o fluxo do estator.
    Dessa forma, obtemos as correntes (i_d,i_q), onde i_d está alinhada ao fluxo e i_q ao torque.

Passo 4

No referencial d-q, as equações de tensão e fluxo da máquina mostram que i_d controla diretamente o fluxo magnético e i_q controla o torque eletromagnético. Assim, projetamos dois controladores (por exemplo, PIDs) em malha fechada: um para regular i_d e outro para regular i_q. Esses controladores geram tensões de referência em d e q, que depois são reconvertidas para o referencial trifásico via transformações inversas.

Passo 5

A implementação prática usa um inversor PWM:
  1. As tensões de referência d-q são transformadas de volta para (v_\alpha,v_\beta) e depois para (v_a,v_b,v_c).
  2. O PWM gera os sinais de disparo dos dispositivos de potência (IGBTs) para produzir essas tensões na máquina.
    Assim, obtemos controle rápido e preciso de torque e velocidade, mesmo em regimes dinâmicos.

Resposta

O controle vetorial, também chamado de field-oriented control, é uma técnica de controle de máquinas de corrente alternada que faz a transformação das correntes trifásicas para um referencial rotativo d-q, desacoplando o fluxo i_d e o torque i_q de forma a permitir o controle independente e dinâmico dessas duas grandezas, semelhante ao que ocorre num motor de corrente contínua.

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