Uma característica marcante nos sinais de posição é a presença de oscilações. É possí- vel perceber uma composição de frequências diferentes. A olho nu é notória a ocorrência de uma oscilação de frequência mais elevada sobreposta em outra de menor frequência. Para investigar quais frequências estão presentes nestes sinais, utilizou-se a transformada rápida de Fourier.
Foram analisados os sinais obtidos nos ensaios sem carga radial. A figura 6.19 mostra o espectro dos sinais de posição para a máquina alimentada com correntes de 40 Hz, 60 Hz e 80 Hz.
As frequências identificadas estão listadas na tabela 6.4.
Frequência de alimentação Componentes (Hz) 40 Hz 19,3 38,7 58,0 120 2,5 60 Hz 29,0 57,7 86,7 120 4,3 80 Hz 38,7 77,3 116 120 7,9
Tabela 6.4: Componentes de frequências contidas nos sinais de posição
A partir da análise dos dados da tabela 6.4 foi possível tirar algumas conclusões. Como o motor tem quatro polos, sua frequência mecânica síncrona é metade da frequência de alimentação. Já sua velocidade rotacional é pouco menor que a velocidade síncrona, devido ao escorregamento, com isso constata-se que as frequências da primeira coluna da tabela 6.4 estão relacionadas com a rotação do rotor. Mais do que isso, elas praticamente coincidem com a rotação do rotor em rotações por segundo. Já as frequências da segunda e terceira colunas são múltiplas (2 e 3 vezes respectivamente) das frequências da primeira coluna.
Estas oscilações, pelo menos em parte, se devem às vibrações da máquina em fun- cionamento, pois foi verificado que os sensores também vibram e é possível que estas vibrações sejam captadas pelos sensores juntamente com os sinais de posição. Sendo este o caso, estas oscilações, presentes nos sinais de posição, podem estar associadas também a vibrações nos sensores, além das vibrações do rotor. A causa das vibrações possivelmente se deve a desbalanceamentos no conjunto rotor/disco de sensoriamento, pois estes desba-
0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 Alimentação em 40Hz |X(f)| e |Y(f)| Sinal X Sinal Y 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 Alimentação em 60Hz |X(f)| e |Y(f)| Sinal X Sinal Y 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 Alimentação em 80Hz |X(f)| e |Y(f)| Frequência (Hz) Sinal X Sinal Y
Figura 6.19: Espectro de frequências dos sinais de posição radial. |X(f)| e |Y(f)| estão em (µm)
lanceamentos provocam vibrações associadas às frequências de rotação do rotor (Stephan et al. 2013).
A frequência de 120 Hz é comum, não apenas a estes três casos, mas a todos os casos analisados, incluindo ensaios com outras frequências de alimentação. Ela se apresenta sempre com a mesma amplitude, sendo a amplitude no sinal Y maior que a amplitude no X. Conclui-se que é uma interferência externa ao sistema, possivelmente relacionada com a fonte de alimentação das placas eletrônicas e sensores. Esta hipótese foi confirmada através do osciloscópio, de fato se verificou na fonte DC de ±12 V um "ripple"de 120 Hz e amplitude de aproximadamente 220 mV. A figura 6.20 apresenta a imagem da tela do
osciloscópio com este sinal de "ripple".
Figura 6.20: "Ripple"presente na tensão da fonte DC da bancada experimental
Até o momento não se conhece a causa das frequências da ultima coluna da tabe- lada 6.4. São frequências muito abaixo das oscilações dos sinais alternados aplicados a máquina, e por isso acredita-se que não tenham relação com esses. De qualquer forma estas oscilações são indejejáveis, pois como visto nas figuras 6.15, 6.16, 6.17, 6.18 au- mentam quando o rotor está sujeito a carga radial.
É importante registrar que estas oscilações de baixa frequência não são características própria desta abordagem de acionamento e controle, pois também são observadas em resultados apresentados por Lopes (2016), obtidos de experimentos com este protótipo aplicando controle de posição trifásico
Conclusões Gerais e Perspectivas
7.1
Conclusões
Foi realizado com sucesso o controle de posição radial de um motor-mancal de indu- ção trifásico com bobinado dividido utilizando para isso apenas duas de suas três fases, obtendo desempenho similar ao controle trifásico para a máquina operando em frequên- cias próximas da nominal (60 Hz). Isto tem como vantagem a utilização de menor número de componentes para o acionamento e a consequente redução dos custos de implementa- ção.
No decorrer da pesquisa, durante a implementação, realização dos experimentos e principalmente na análise dos resultados, foram tiradas algumas conclusões:
• O modelo da força magnética radial, apesar de simplificado, permite vislumbrar al- gumas características do sistema como: a presença de componentes oscilatórias na força magnética, acoplamento entre os controladores e a dependência da dinâmica do sistema com a corrente de magnetização da máquina (tanto os polos como o ganho da função de transferência do sistema dependem de Im).
• As correntes da fase A puderam ser obtidas sem a necessidade de controladores de corrente aplicados a elas. Apresentaram variações dentro da faixa aceitável para motores-mancais, pois suas correntes de forma geral já sofrem variações em decor- rência da modulação.
• Apesar das variações decorrentes das indutâncias, é possível observar certo nível de controle sobre as correntes da fase A, conseguido de forma indireta como se previa na concepção desta abordagem para o controle de posição. Corrobora para esta conclusão, o fato de elas acompanharem suas "referências"(valores teóricos esperados), mesmo se afastando ligeiramente destas por ocasião de perturbações. • O controle de posição compensou uma força radial externa de 439 gf aplicada na
aproximadamente 732 gf exercida sobre o rotor pelo campo magnético da máquina. • Foi possível manter a posição do rotor sob controle para velocidades de rotação de 900 RPM a 2400 RPM que correspondem a frequências de alimentação de 30 Hz a 80 Hz respectivamente. É esperado que funcione também em frequências maio- res, entretanto os experimentos se limitaram a 80 Hz. Não foi possível o controle satisfatório para frequências de alimentação abaixo de 30 Hz. Acredita-se ser pos- sível controlar em frequências menores que 30 Hz utilizando outra sintonia (outros ganhos) para os controladores, embora provavelmente seja difícil para frequências muito menores que esta.
• Os resultados dos ensaios com o controle de posição apresentaram oscilações nas posições x e y do rotor associadas à velocidade de rotação, que em parte se deve as vibrações da máquina captadas pelos sensores. Estas oscilações contribuem para a área de dispersão da posição rotórica. Outros fatores que também contribuem para a área de dispersão são: excentricidades no rotor/disco de sensoriamento, ruído nos sinais sensoriados, interferências cruzadas entre as forças nas duas direções. • Os testes experimentais também revelaram uma oscilação de baixa frequência (por
volta de 4 Hz para a máquina acionada em 60 Hz), que aumenta em amplitude com o aumento de uma força radial externa aplicada ao rotor. Ainda não se conhece a causa, porém se forem determinadas e puderem ser devidamente tratadas resultará em melhorias significativas no controle de posição.