Aula 39 - Conversores CA/CC

Os Conversores CA/CC, são alimentadores e reguladores eletrônicos para controle de tensão de armadura dos motores de corrente contínua.

Muitos processos industriais necessitam operar com velocidade de rotação variável. Dentre os tipos de motores, o motor de corrente contínua foi o primeiro a ser utilizado na indústria e destaca-se pela simplicidade em se controlar a velocidade de rotação e o torque.

Pode-se dividir o motor de corrente contínua em duas partes distintas: Estator ou Campo – É a parte fixa, possui sapatas polares formadas por pacotes de lâminas de aço silício justapostas. Em torno das sapatas polares se enrolam fios condutores, formando bobinas.

Rotor ou Armadura – O rotor é a parte móvel do motor, ligada ao eixo de transmissão de movimento. O rotor possui um pacote de lâminas de aço silício apresentando ranhuras onde são instaladas as bobinas do rotor. 

Os terminais destas bobinas são conectados eletricamente ao coletor (comutador) que conecta eletricamente as bobinas do rotor através de escovas de carvão à fonte de energia elétrica, de modo a permitir a movimentação do rotor sem causar curto-circuitos. As escovas conduzem a energia da fonte externa para os contatos do comutador e as bobinas do rotor. Devido ao permanente atrito das escovas com o anel coletor do rotor, torna-se necessária a manutenção periódica com a substituição do par de escovas.

Uma maneira de realizar o controle de velocidade e torque em motores CC com excitação independente é através do controle pela tensão aplicada na armadura (V).

No controle pela armadura mantém-se a tensão e a corrente no campo constantes, desta forma o fluxo magnético produzido no campo também é constante.

Varia-se a tensão aplicada na armadura (V) e por conseqüência a rotação da máquina, seguindo uma relação direta entre a tensão da armadura e a rotação da máquina. Neste método o torque permanece constante e a potência varia proporcionalmente com a velocidade. Os motores CC com excitação independente e controle pela tensão aplicada na armadura são utilizados normalmente em acionamentos de máquinas operatrizes, tais como: ferramentas de avanço, bombas a pistão, compressores, etc. Aplicações onde é necessário um torque constante em toda a faixa de rotação.

A corrente contínua (CC) para alimentação dor motores é obtida a partir da corrente alternada (CA). As pontes retificadoras controladas realizam a conversão de potência de corrente alternada para corrente contínua. Estas pontes podem ser monofásicas ou trifásicas, semi-controladas ou totalmente controladas.

A Ponte Monofásica Semi-Controlada é formada por dois SCRs e dois diodos retificadores, com aplicação em acionamentos de baixa potência, por motivos econômicos.

A Ponte Monofásica Totalmente Controlada é formada por quatro SCRs com aplicação em acionamentos de baixa potência, onde é necessária a frenagem do motor CC.

Já a Ponte Trifásica Totalmente Controlada é formada por seis SCRs. Com aplicação em acionamentos de potência superior a 10kW onde é necessária a aceleração e frenagem do motor CC em um sentido de rotação. Para aplicações onde é necessário a aceleração e frenagem nos dois sentidos de rotação deve-se utilizar duas pontes totalmente controladas em anti-paralelo.

Os conversores CA - CC estáticos consistem basicamente de duas pontes retificadoras controladas, que convertem a corrente alternada fornecida pela rede de energia elétrica em corrente contínua. O valor médio da tensão contínua retificada deve variar de um valor mínimo até um valor máximo conforme a necessidade do circuito de controle. O campo e a armadura do motor CC são alimentados independentemente pelos circuitos retificadores possibilitando a ação de controle sobre a rotação e torque do motor.

O principal objetivo de um conversor CA/CC como um todo é regular a velocidade de um motor CC, tornando-o insensível a variações de carga. Para garantir esta operação deve-se aplicar um sistema de controle em malha fechada.

O sinal de referência de velocidade é feito através de um nível de tensão contínua de (0...10V) ou corrente (4...20mA) que representará uma determinada velocidade no eixo do motor. Para garantir uma alta precisão é necessário o uso de um sensor de velocidade (ex. tacogerador ou encoder) no eixo do motor para fins de realimentação de velocidade. Em aplicações menos críticas pode-se dispensar o uso do transdutor realimentando-se para o comando eletrônico a própria tensão de armadura. Neste caso costuma-se compensar através de ajuste proporcional a corrente de armadura e a queda na resistência de armadura.