Controle de malha fechada para motores CC

Estratégias de controle de malha fechada dos motores de corrente
contínua com excitação separada
A figura 7 mostra um esquema de controle de um motor de corrente
contínua excitado separadamente que opera com controle pela tensão de
armadura até o valor da velocidade nominal e acima desta, opera com controle
por enfraquecimento de campo. A operação do controlador pode ser descrita
como segue:
O controle pela tensão de armadura.
Existem dois loops de controle no circuito de armadura, um interno de alta
prioridade com a finalidade de controlar a corrente de armadura que deve ser
mantida dentro de um limite rigoroso para salvaguardar os elementos
semicondutores de potência que acionam a armadura do circuito, e um loop
externo que tem a finalidade de controlar a velocidade. A velocidade desejada
é fornecida na forma de uma entrada (tensão) de referência para a malha
externa. Esta velocidade de referência denominada ref na figura 7 e
geralmente é uma tensão ajustável que pode ser fixada em qualquer valor
desejado de modo a fixar o valor da velocidade do motor do sistema de
acionamento. A velocidade real do sistema é medida por um tacogerador ou
qualquer dispositivo sensível a velocidade e realimentada para o controlador.
Este sinal (tensão) de velocidade obtido através do sensor de velocidade é
rotulado f na figura 7 e tem a mesma escala em volts por rpm que ref. A
diferença ref-f é o erro de velocidade.Este erro é amplificado pelo
controlador de velocidade, denominado Sa na figura 7, a saída do controlador
de velocidade não é diretamente aplicada ao conversor de armadura, mas
antes passa por um circuito de limitação da excursão do erro de velocidade de
modo a produzir uma referência de corrente que mantenha a corrente dentro
dos limites suportados pelo s semicondutores do conversor de potência. Este
sinal de referência de corrente é denominado Ia(ref) na figura 7. A corrente real
da armadura é obtida através de um dispositivo sensor de corrente rápido de
modo que a corrente nos semicondutores passa ser controlada muito
rapidamente e mantida dentre dos limites impostos pela segurança do
conversor de potência. Uma vez obtido este sinal Ia, ele é comparado com o
sinal da referência de corrente e o sistema gerará um erro de corrente dado
por Ia(ref)-Ia. Este erro é amplificado pelo controlador de corrente denominado
Ca e serve como sinal de controle para a entrada do conversor Ca na figura 7.
Este sinal rotulado por Vc na figura 7 controla a tensão de armadura de modo
que o erro de corrente seja nulo. Se o conversor de armadura for do tipo de
fase controlada, a saída Vc controlará o ângulo de disparo  dos dispositivos
semicondutores de potência do retificador controlado, primeiramente mantendo
a corrente dentro dos limites suportáveis e com a segurança do valor da
corrente fazendo a velocidade do motor atingir a meta estabelecida por ref.
Se por outro lado o conversor for um chopper então Vc variará o ciclo de
serviço do chopper de modo a obter a corrente e a velocidade desejada.
Neste esquema, o loop externo fornece a referência de velocidade e o
loop interno a referência de corrente. Este tipo de controle realimentado com
malhas encaixadas pode ser estendido para sistemas de servoposicionamento,
com a malha mais externa operando no controle de posição do sistema. Neste
caso a saída do amplificador do controlador de posição servirá como entrada
de referência para o controlador de velocidade enquanto que os loops de
controle de velocidade e de corrente serão semelhantes ao discutido acima.
Enfraquecimento de Campo
Na figura 7, existe um conversor separado denominado “conversor de campo”
que fornece tensão para o circuito de campo da máquina. Um controlador de
malha fechada também foi utilizado no conversor de campo. A entrada
referência de velocidade deste controlador é retirada do circuito rotulado FW
(Field Weakening = Enfraquecimento de Campo). O módulo de
enfraquecimento de campo é projetado para gerar uma saída fixa,
correspondente a máxima corrente campo para velocidade abaixo da
velocidade nominal da máquina. Quando a velocidade excede o valor nominal,
o bloco FW é projetado para começar a diminuir progressivamente a corrente
de campo diminuindo o sinal de referência de corrente de modo a realizar o
objetivo de controle na região de enfraquecimento de campo. A realimentação
da corrente de campo permite ao sistema controlar de modo preciso a corrente
aplicada no campo de modo a limitar inclusive o seu valor mínimo (velocidade
máxima do motor) e assegurar uma operação segura para o motor. O sinal de
realimentação permite no caso de conversores de fase controlada, o ajuste do
ângulo de gatilhamento de modo a obter a corrente desejada no campo, por
sua vez o sinal na entrada de um chopper permitira controlar adequadamente
o ciclo de serviço do mesmo e realizar o mesmo objetivo já citado.