Diferentes soluções para o acionamento do motor de indução monofásico foram apresentadas e analisadas no capítulo referente às simulações matemáticas realizadas, porém, a partir destas simulações e por restrições de recursos, somente uma das propostas foi implementada em bancada para obtenção de resultados práticos.
Esta solução que foi implementada é o objeto de comparação com a solução comumente empregada para acionamento de motores monofásicos de lavadoras de roupa. Este acionamento usualmente utilizado em lavadoras é considerado de baixa complexidade e baixo custo. Sua topologia simplificada pode ser observada na Figura 4.3.
A segunda solução é a que utiliza um inversor de tensão monofásico com saída trifásica, como mostrado na Figura 2.8. O método de controle adotado é o controle vetorial indireto por fluxo de rotor para a centrifugação e uma combinação do controle escalar com o controle vetorial para a operação em agitação, conforme apresentado em 4.5.
Ambas as soluções utilizam sensor de rotação para medir a velocidade do motor. Apesar de ser usado para implementação da solução proposta um sensor diferente do convencional, será considerado para efeito comparativo que o sensor utilizado é o mesmo nos dois casos. Esta consideração está sendo feita pois a resposta dos dois sensores é equivalente do ponto de vista do controlador. Portanto, o custo e confiabilidade dos sensores são os mesmos, não tendo impacto nas comparações realizadas.
Outra semelhança entre as duas soluções está no sistema a ser controlado, ou seja, a lavadora utilizada é a mesma nos dois casos. Isso significa que o sistema de polias e correia é o mesmo, além da caixa de engrenagem entre a polia movida e o agitador.
5.2.1 Complexidade de hardware
Uma vantagem que pode ser apontada ao circuito de acionamento tradicional é quanto à complexidade do hardware utilizado. Em linhas gerais, o circuito com dois TRIACs requer apenas um circuito de detecção de cruzamento da tensão de alimentação por zero, e um microcontrolador de relativamente baixo poder de processamento para disparo dos TRIACs. Assim, microcontroladores de baixo custo podem atender facilmente a necessidade da aplicação, pois além da simplicidade do controle, as funcionalidades adicionadas a lavadora ficam limitadas.
Outra vantagem que esta simplicidade traz além do custo, é a confiabilidade do circuito de acionamento. Por ter menos componentes, reduzem-se possíveis problemas de qualidade que podem ocorrer em campo. O tempo de desenvolvimento do controle passa a ser outra vantagem, uma vez que a tecnologia está bem madura e é aplicada há bastante tempo na indústria de linha branca em todo o mundo.
5.2.2 Faixa de velocidades de operação
O acionamento através do inversor tem como grande benefício a possibilidade de acionar o motor em uma grande faixa de rotação. O circuito tradicional fica limitado em velocidades mais elevadas, não podendo passar da velocidade nominal do motor. O modo de acionamento através do inversor permite que o motor apresente torque suficiente para movimentação da carga já em baixas rotações. Para a operação em altas rotações, é possível acionar o motor a velocidades acima da nominal do motor. Isso requer a adoção de técnicas de enfraquecimento de campo. Apesar de não terem sido discutidas neste trabalho, estas técnicas são bastante conhecidas e podem trazer importante benefício para aplicação em lavadoras.
A operação em velocidades mais elevadas permite que se faça a centrifugação com rotação maior, extraindo-se assim mais água das roupas. Isso ocorre porque a força exercida pelos tecidos sobre a parede do cesto aumenta, auxiliando a extração de água.
As vantagens de se obter torque mais elevado a baixa rotação e obtenção de maior velocidade máxima levam a outro benefício do uso do inversor. Pode-se re- projetar o sistema de transmissão de modo que ao invés de se ter uma relação dada pelas polias e outra pela caixa de engrenagem, utilize-se uma relação intermediária entre estas duas apenas através de polias. Esta proposta poderia proporcionar a remoção da caixa de engrenagens, que por ser um conjunto mecânico sofre fadiga, podendo causar problemas de qualidade. A remoção da caixa de engrenagem contribuiria também para a redução dos ruídos da lavadora durante o ciclo de lavagem.
5.2.3 Ruídos e temperatura do motor
O acionamento do motor através dos TRIACs gera componentes harmônicas de tensão na rede quando está operando com ângulos de disparo diferentes de zero grau. Este efeito é indesejado para o sistema da lavadora.
Outro fenômeno negativo durante a operação do motor a velocidades mais baixas usando-se o acionamento por TRIAC é o surgimento de ruídos sonoros. Estes ruídos, além de desagradáveis para o consumidor final, provocam queda na eficiência do motor.
A queda na eficiência em baixas rotações se reflete também na elevação de temperatura do motor. O aumento da temperatura provoca diminuição no tempo de vida do motor e pode ser necessário realizar uma pausa durante sua operação para que a temperatura atinja patamares adequados.
Em altas rotações, como em períodos de centrifugação, a temperatura do motor atinge valores mais elevados quando acionado pelos TRIACs. Isso porque a defasagem entre as correntes nos enrolamentos do motor não atinge valores adequados para sua boa eficiência. Esta diferença na defasagem é causada porque o capacitor do motor não pode ser especificado para a ótima operação em ambos os regimes de operação, centrifugação e agitação.
5.2.4 Motor como sensor
O uso do inversor permite que sejam desenvolvidos algoritmos de estimação de temperatura do motor através da estimação de sua resistência. Para isso, aplica- se uma tensão contínua conhecida sobre os enrolamentos do motor e mede-se a corrente que passa através deles. Com estas informações, é possível calcular a resistência dos enrolamentos do estator. Como existe uma relação direta entre a temperatura do metal com que o enrolamento é fabricado e a resistência deste metal, calcula-se sua temperatura.
O benefício que isso traz é a redução do tempo do ciclo de lavagem, sem comprometer o tempo de vida do motor. Os motores seguem uma classificação quanto a sua temperatura máxima de operação. Operando até esta temperatura, o verniz dos enrolamentos do estator apresenta um tempo de vida previsto. Para temperaturas acima da máxima, ocorre a degradação prematura do verniz, afetando o tempo de vida do motor.
Sem conhecer a temperatura do estator durante o funcionamento do motor, o tempo do ciclo deve ser ajustado para a pior condição de operação da lavadora. Para os casos em que as condições são mais favoráveis, o ciclo de lavagem poderia ter seu tempo reduzido, o que é interessante para o consumidor.
O acionamento do motor com inversor permite o uso de rotinas de estimação de velocidade, com a consequente remoção do sensor de velocidade, dos cabos que o ligam ao circuito de controle e do circuito para condicionamento de seus sinais. Esta proposta traz uma significativa redução de custo de fabricação e reduz o número de componentes no sistema, contribuindo com a confiabilidade.
Os algoritmos de estimação de temperatura e velocidade não foram investigados neste trabalho.
5.2.5 Comparativo Geral de Desempenho
Um resumo do comparativo discutido na Seção 5.2 pode ser encontrado na Tabela 5.1. Nesta tabela são apresentados os prós e contras das duas soluções seguindo critérios apresentados no texto.
Ava
Vanta Desempenho dinâmico Simplicidade do circuito el Menor poder de processam microcontrolador
Menor tempo de desenvol Simplicidade do código em Maior faixa de velocidades Maior torque em baixas ro Operação em velocidade a Simplificação do sistema d Menos componentes harm Menor ruído sonoro a baix Menor elevação de tempe Estimação de temperatura Remoção do sensor de ve