Quais são os vários meios para controlar a velocidade dos motores de indução?

Passo 1

O enunciado pergunta “quais são os vários meios para controlar a velocidade dos motores de indução”. O conteúdo envolve teoria de máquinas de corrente alternada (motores de indução) e o conceito de velocidade síncrona
n_s = \frac{120\,f}{P}
e velocidade de giro
n = (1 - s)\,n_s
onde f é a frequência, P o número de polos e s o escorregamento. Para controlar n, podemos atuar em f, em P, em s (via resistência do rotor) ou em V (tensão de alimentação), além de técnicas avançadas de eletrônica de potência.

Passo 2

Controle por variação da resistência do rotor (motores de rotor bobinado)
• Insere-se um reostato externo no circuito de rotor para alterar o escorregamento s.
• Aumentando a resistência, cresce s na mesma carga, reduzindo n.
• É simples, mas tem baixíssima eficiência (perdas no reostato) e só vale para rotor bobinado.

Passo 3

Controle por conversor em cascata no rotor (slip-energy recovery)
• Usa-se um conversor estático (tiristores ou IGBT) para extrair energia do rotor e injetá-la na rede ou no estator.
• Permite controle bidirecional do torque e recuperação de energia do escorregamento, com melhor eficiência que o reostato.
• Mantém tensão e frequência do estator constantes, controlando o torque e, portanto, a velocidade.

Passo 4

Controle por mudança do número de polos P
• Motores especiais com enrolamento Dahlander ou com múltiplos enrolamentos permitem troca de P (por chaves ou contatores).
• A frequência f constante, mas n_s muda em degraus (por exemplo, duas velocidades: n_s e n_s/2).
• É robusto e barato, porém só oferece velocidades discretas.

Passo 5

Controle por variação de tensão de alimentação V
• Usando autotransformador, dimmer de tiristores ou conversor estático de tensão.
• Reduz V, diminui o fluxo magnético e, portanto, o torque disponível a determinado escorregamento, alterando n.
• Simples e barato, mas o torque máximo decresce com V^2 e a faixa de controle é limitada.

Passo 6

Controle por variação de frequência f (inversor de frequência em malha aberta – método V/f)
• Utiliza-se um inversor para ajustar f e, simultaneamente, manter a relação V/f constante, preservando o fluxo no entreferro.
• Permite ampla faixa de velocidades (acima e abaixo de síncrona), bom rendimento e torque relativamente constante.
• É o método mais usado em acionamentos industriais de baixo a médio custo.

Passo 7

Controle vetorial (orientado de campo)
• Desacopla o controle de fluxo e de torque, de modo que o motor se comporte como uma máquina de corrente contínua.
• Usa módulo de potência com sensores de corrente e tensão e algoritmo de observador ou sensor de fluxo.
• Proporciona ótimo desempenho dinâmico, alto torque a baixíssima velocidade e excelente regulação.

Passo 8

Controle direto de torque (DTC)
• Mede diretamente fluxo e torque no motor e faz comutação do inversor para manter referências instantâneas.
• Dispensa regulador PWM e laços PI externos, reagindo quase instantaneamente a variações de carga.
• É muito rápido e preciso, mas exige eletrônica e controle computacional mais complexos.

Resposta

  1. Variação de resistência no rotor (reostato)
  2. Conversor em cascata no rotor (slip-energy recovery)
  3. Alteração do número de polos P (Dahlander)
  4. Variação de tensão de alimentação V (autotransformador, tiristores)
  5. Variação de frequência f (inversor de frequência – método V/f)
  6. Controle vetorial (orientado de campo)
  7. Controle direto de torque (DTC)

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