A realimentação de velocidade do motor pode ser realizada através da utilização de um sensor de posição. Os dispositivos mais comumente utilizados para fornecer a realimentação da posição são o encoder e o resolver. Devido ao fato dos encoders serem mais precisos e mais fácies de implementar, o projeto do sistema deve considerar como primeira escolha utilizar o encoder. No entanto se o ambiente e as necessidades excedem os limites para uso do encoder a segunda escolha obvia é o resolver.
O encoder é transdutor que executa a transformação ou decodificação de um movimento mecânico em um sinal eletrônico (Guia de Aplicação Servoacionamentos WEG, 2006). Basicamente este sensor pode ser dividido em tipos com funcionamento diferentes. No encoder incremental cada deslocamento angular é representado pela geração de um pulso. A vantagem deste tipo de equipamento esta relacionada ao seu projeto robusto e a sua grande quantidade de resoluções e tipos de montagens. Porém, quando houver falta de energia a posição será perdida. Por sua vez, no encoder absoluto, cada posição é representada unicamente por um código padrão. Este sensor possui alta resolução de posição e a posição não é perdida quando não há energia. Porém o custo deste equipamento ainda é bastante elevado (Guia de Aplicação Servoacionamentos WEG, 2006).
O resolver é composto por transdutores rotativos projetados de modo que o coeficiente de acoplamento entre o rotor e o estator varie com o ângulo de eixo. (Guia de Aplicação
Servoacionamentos WEG, 2006). Este tipo de sensor é comumente utilizando em ambientes com muito ruído e temperaturas mais elevadas, pois este sensor é insensível a vibrações e alta temperatura.
O sensor de posição do tipo resolver é capaz de fornecer a posição do rotor em alta resolução. Apesar disto, este sensor requer uma montagem complexa, pois, o sinal de saída do resolver não é muito útil em sua forma original, sendo necessário então um circuito externo para criar valores utilizáveis em nível de controle. Desta maneira o sinal deve ser tratado para que possa fornecer um valor de posição absoluta. A Figura 7 apresenta a estrutura básica do resolver utilizando na bancada experimental.
Figura 7 Estrutura básica do resolver (TEXAS INSTRUMENTS, 2002)
De acordo com a Figura 7, no estator são gerados sinais CA de alta freqüência, modulados pelo seno e cosseno do ângulo do rotor. Os enrolamentos do secundário estão posicionados em ângulos retos (90º) uns em relação aos outros. Quando o enrolamento de excitação do rotor é alimentado com um sinal de referência em alta freqüência CA, os enrolamentos do estator produzem um sinal de saída de tensão CA, que varia em amplitude conforme o seno e cosseno da posição do eixo do rotor (Guia de Aplicação Servoacionamentos WEG, 2006).
A Tensão de referência tem uma frequência fixa com um valor típico de 2khz a 10khz, e obedece a equação (2.64)
0 pico
(
ref)
U
=U
sen w t
(2.64)As duas bobinas de estator ortogonais são excitadas quando o eixo do rotor gira, e a amplitude do sinal de saída é modulada com seno e cosseno do ângulo do rotor ߠ, relativo ao zero de referência, proveniente da devida calibração do resolver ao ser acoplado ao eixo de acordo com a equação (2.65):
1 2
( , )
(
)
( )
( , )
(
) cos( )
m res pico ref m
m res pico ref m
U
t
k U
sen w t sen
U
t
k U
sen w t
θ
θ
θ
θ
=
=
(2.65)onde ݇௦ é a relação de transformação entre o eixo primário e secundário.
A posição angular agora pode ser determinada por quatro quadrantes da função tangente inversa, através do quociente da demodulação das amostras de seno e cosseno como mostra a Equação (2.66) (TEXAS INSTRUMENTS, 2000):
1 2 2 2 2 1 ( ) arctan ( ) 0 ( ) ( ) ( ) arctan ( ) 0 ( ) m U k se U k U k k U k se U k U k
θ
§ · ≥ ° ¨ ¸ ° © ¹ =® § · ° ≤ ¨ ¸ ° © ¹ ¯ (2.66)Para obter precisão, os dois sinais devem ser adquiridos e amostrados simultaneamente, o mais próximo do seu maior valor positivo, sincronizado com seu sinal de referência.
De outro modo, o ângulo mecânico pode ser calculado pela integral da velocidade do motor como é dado na equação (2.67) (TEXAS INSTRUMENTS, 2000).
2 1 1
( )
( )
t t m r m t tt
dt
t
θ
ω
θ
= ==
³
+
(2.67)O sinal de posição do resolver pode ser processado através do desenvolvimento de um conversor analógico-digital (ATTAINESE and TOMASSO, 2007), ou o sinal de saída do resolver pode ser adquirido pelo próprio processador digital de sinal utilizado para o controle e a posição pode ser calcula diretamente via software (KAEWJINDA and KONGHIRUN, 2006), (KONGHIRUN, 2004) e (TEXAS INSTRUMENTS, 2000).
2.9.CONCLUSÃO
Neste capítulo foram apresentados primeiramente os aspectos construtivos do motor síncrono de imãs permanentes definindo as características básicas, tanto do rotor, quanto do estator. Em seguida, foi apresentada a modelagem do MSIP trifásico, em seguida o seu modelo equivalente bifásico. Esse modelo é obtido utilizando a transformada de Clark, que converte o sistema trifásico em um equivalente bifásico estacionário e a transformação de Park, que simplifica o sistema equivalente bifásico, tornando-o independente da posição do rotor. Essas transformações matemáticas são apresentadas no ANEXO A.
O torque elétrico produzido pelo motor foi apresentado na Equação (2.29). Esta equação mostra que o torque pode ser controlado em função da corrente ݅. Ou seja, o torque elétrico pode ser controlado por uma relação linear em função da corrente ݅Ǥ Este tipo de controle é denominado controle vetorial com ângulo de torque constante, com a corrente do eixo d igual a zero. Portanto, as Equações (2.29) e (2.46) são de fundamental importância para este trabalho. Por essa razão, o referencial girante é de significativo interesse para aplicações em controle do MSIP.
O inversor também foi analisado através de vetores espaciais como a aplicação da modulação utilizando espaço vetorial por largura de pulso (SVPWM).
A partir desta análise, pode-se então estudar e os vários aspectos relacionadas ao acionamento e controle do MSIP, para o desenvolvimento de uma bancada para implementação de técnicas de controle diversas.
As equações matemáticas do MSIP no referencial girante e estatórico serão utilizadas no projeto de estimadores de posição/velocidade que são apresentados no Capítulo 3.