Ensaios do Motor

Estes ensaios foram indispensáveis, pois foi necessário estimar a resistência por fase e indutância de fugas do motor. Isto foi conseguido operando o motor DC brushless como gerador, com o auxílio de um motor DC de excitação separada acoplado ao motor DC brushless por um veio. Os parâmetros conhecidos do motor DC brushless em questão são a tensão nominal de 12 Vdc e rotor com 3 pares de pólos.

O primeiro ensaio efetuado foi o ensaio em vazio que serviu para estimar a constante de velocidade, Kv.

O segundo ensaio consistiu na estimação da indutância de fugas, que foi conseguida analisando as formas de onda da corrente e da tensão gerada entre fases. Por fim, para validar os resultados, simularam-se os ensaios em PSIM.

Ensaio em vazio experimental

O ensaio efetuado encontra-se na figura 1:

A tabela 1 apresenta os resultados obtidos pelo ensaio em vazio experimental. A forma de onda das tensões entre fases (VLL) foi analisada através de um osciloscópio e a leitura da velocidade foi obtida por meio de um tacómetro.

Tabela 1: Resultados obtidos pelo ensaio em vazio experimental

Ensaio em vazio experimentalRPM V/RPM V/rad/s

1 164,5 0,58 0,00608 0,00351 0,011182 316 1,15 0,00633 0,00365 0,011643 476 1,73 0,00630 0,00364 0,011594 631 2,31 0,00634 0,00366 0,011665 787 2,89 0,00635 0,00367 0,011686 946 3,46 0,00634 0,00366 0,011667 1260 4,04 0,00556 0,00321 0,0102110 1557 5,77 0,00642 0,00371 0,01181

Média 0,00621546 0,003588 0,011428

VLLmax Vmax (fase) VLL/RPM

Figura 1: Ensaio em vazio implementado

A forma de onda obtida da tensão entre fases foi sinusoidal e corrente trapezoidal.

Ensaio em vazio simulado

Foi então colocado o valor de VLL/KRPM no modelo do motor no PSIM e colocou-se uma carga, definida em RPM, simulando o veio. Verificaram-se os seguintes resultados:

164.5 RPM:

316RPM:

476RPM:

631RPM:

787RPM:

946RPM:

1260RPM:

1557RPM:

Foi então colocado numa outra tabela (tabela 2) todos os resultados obtidos pela simulação para poder comparar os resultados experimentais com os resultados simulados.

Com estes resultados conclui-se que a constante Kv foi bem estimada.

Medição da resistência do motor a 4 fios

Foi necessário medir a resistência entre fases do motor, já que o mesmo não é de neutro acessível. Com a ajuda de um multímetro, a leitura foi de 0.3 Ω. Como este método não despreza a resistência dos fios de medição, optou-se por fazer uma medição a quatro fios, de modo a ter uma leitura mais precisa. Com este novo método, o resultado foi de 0.012 Ω entre fases. Sendo o motor de ligação em estrela, a resistência por fase é metade da resistência entre fases, 0.006 Ω.

Tabela 2: Resultados do ensaio em vazio simulado

Ensaio em vazio simulaçãoRPM V/RPM V/rad/s164,5 1,022 0,59 0,00621 0,00359 0,01142316 1,964 1,13 0,00622 0,00359 0,01143476 2,958 1,71 0,00621 0,00359 0,01143631 3,922 2,26 0,00622 0,00359 0,01143787 4,891 2,82 0,00621 0,00359 0,01143946 5,879 3,39 0,00621 0,00359 0,011431260 7,831 4,52 0,00622 0,00359 0,011431557 9,677 5,59 0,00622 0,00359 0,01143

Média 0,00621467 0,003588 0,011427

Erro (%) 0,0128 0,0128 0,0128

VLLmax Vmax (fase) VLL/RPM

Ensaio com carga R – Método 1

Este método consiste em medir uma constante de tempo da subida da corrente, ou seja, o intervalo de tempo que a corrente demora a atingir 63.2% do seu valor total. Estimou-se a

indutância de fugas com a expressão τ=LR

. A figura seguinte mostra a forma de onda da

corrente obtida:

Com isto, resulta L=1,5 uH.

Este método não é o método mais preciso, pois permite ter uma estimação grosseira. Por isso, foi implementado um outro método que se apresenta a seguir.

Figura 2: Resultados obtidos pelo método 1 da estimação da indutância de fugas

Ensaio com carga R – Método 2

Neste método, foi utilizada uma ponte trifásica de díodos e uma carga R. As grandezas medidas foram a tensão entre fases do motor (VLL), tensão retificada à saída da ponte de díodos (Vdc), intervalo de tempo de subida da corrente (Δt), valor máximo da corrente nesse gradiente de subida (I) e o período do sinal.

A estimação da indutância de fugas foi obtida pela expressão

L=[1−cos (w Δ t)]×√ (2)×V LL

2×w×I

O circuito implementado está apresentado na figura 3:

A tabela 3 contém os resultados obtidos experimentalmente neste ensaio:

Para validar a estimação da indutância de fugas, procedeu-se à simulação do ensaio efetuado. Não foram desprezadas as resistências dos fios, nem quedas de tensão na ponte de díodos, de modo a obter resultados o mais próximo da realidade possível. A resistência dos fios utilizada foi de 0,01 Ω e indutância de 1 uH. Na ponte de díodos, a queda de tensão no díodo foi simulada com 0.7 V e

Figura 3: Ensaio com carga R implementado

Tabela 3: Resultados experimentais da estimação da indutância de fugas

Estimação da indutância de fugas (ponte de díodos 3~ com carga R) experimentalRPM T (s) I (A) Δt (s) L (H)800 2,83 3,43 0,0250 2,13 0,0008 1,33 9,12E-05800 2,85 3,42 0,0250 2,13 0,0009 1,34 1,15E-04800 2,43 3,26 0,0250 5,50 0,0014 0,44 1,02E-041200 4,94 5,08 0,0168 3,75 0,0008 1,32 9,98E-051200 4,94 5,05 0,0167 3,75 0,0008 1,32 1,00E-041200 4,26 4,80 0,0167 9,25 0,0012 0,46 9,76E-051600 7,08 6,70 0,0125 5,25 0,0006 1,35 8,08E-051600 7,07 6,70 0,0125 5,25 0,0006 1,35 8,08E-051600 6,01 6,28 0,0125 13,00 0,0010 0,46 8,38E-052000 9,12 8,32 0,0100 7,00 0,0006 1,30 7,88E-05

9,2968E-005

Vdc VLLrm s R (Ω)

Lm édio

resistência de 0.03 Ω.

As formas de onda que se apresentam a seguir referem-se à velocidade de rotação (RPM2), tensão retificada à saída da ponte de díodos (Vdc), tensão entre fases (Vab2) e corrente (Ia2) que resultam da simulação dos ensaios efetuados experimentalmente:

800 RPM e R=1.3 Ω

800 RPM e R=0.4 Ω

1200 RPM e R=1.3 Ω

1200 RPM e R=0.4 Ω

1600 RPM e R=1.3 Ω

1600 RPM e R=0.4 Ω

2000 RPM e R=1.3 Ω

Pela observação das formas de onda, pode concluir-se que a resistência por fase e indutância de fugas utilizada encontra-se dentro do satisfatório.

Modelo do motor - Resumo

Após todas as medições e ensaios feitos, conclui-se que a resistência por fase do motor é de 0.006Ω, a indutância de fugas é de 93 uH, tensão nominal 12 Vdc, 3 pares de pólos.