Este documento discute técnicas de controle de velocidade de motores de indução, incluindo controle por variação da velocidade síncrona através da frequência elétrica ou número de pólos, controle por variação do escorregamento através da tensão do estator ou resistência rotórica, e o uso preferencial de inversores de frequência. Simulações em MATLAB ilustram o controle de velocidade por variação da resistência rotórica. A conclusão é que motores de indução tornaram-se a melhor opção para

1. TÉCNICAS DE CONTROLE DE
VELOCIDADE DE MOTORES DE INDUÇÃO
DISCENTES:
• ÉDNEY MATHEUS
• NAARA SHIVA
Disciplina: Máquinas
Elétricas

2. SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
TÉCNICAS DE CONTROLE DE VELOCIDADE
DE MOTORES DE INDUÇÃO
CONTROLE POR VARIAÇÃO DA
VELOCIDADE SÍNCRONA
CONTROLE POR VARIAÇÃO DO
ESCORREGAMENTO
USO DO INVERSOR DE FREQUÊNCIA
SIMULAÇÕES
CONCLUSÃO
REFERÊNCIAS

3. INTRODUÇÃO
• Motores de indução
• Alta aplicabilidade
• Aspectos construtivos
3

4. INTRODUÇÃO
• Princípio de funcionamento:
1. 𝒏𝒔𝒊𝒏𝒄 =
𝟏𝟐𝟎𝒇𝒔𝒆
𝑵
2. 𝒔 =
𝒏𝒔𝒊𝒏𝒄 − 𝒏𝒎
𝒏𝒔𝒊𝒏𝒄
𝒙𝟏𝟎𝟎%
3. 𝒇𝒓𝒆= 𝒔𝒇𝒔𝒆
4

5. INTRODUÇÃO
• Motores síncronos x motores assíncronos (de indução)
• Velocidade de sincronismo
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6. INTRODUÇÃO
• Antigamente:
• Os motores de indução não eram máquinas boas
quando se tratava de aplicações que exigissem
controle de velocidade;
• Os motores síncronos eram os mais recomendáveis,
mesmo com maior custo de produção e
manutenção.
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7. INTRODUÇÃO
• Atualmente:
• Depois do advento dos acionamentos modernos de
estado sólido, o motor de indução substitui os
motores CC em acionamentos de velocidade
ajustável;
• Os conversores de frequência ganharam o mercado
e fazem com que eles sejam utilizados em quase
todas as aplicações que se deseja fazer o controle
da velocidade.
7

8. MAS AFINAL, COMO PODEMOS VARIAR A
VELOCIDADE DE UM MOTOR DE INDUÇÃO?
???
8

9. • Sabe-se que a velocidade do motor (𝑛𝑚) pode ser dada por:
𝒏𝒎 = 𝒏𝒔𝒊𝒏𝒄 − 𝒔
• Logo, observando a equação acima, para se variar/controlar a
velocidade de um motor de indução, dois artifícios podem ser
usados:
1. Variar a velocidade síncrona (𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐) ;
2. Variar o escorregamento (𝑠).
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10. CONTROLE DE VELOCIDADE POR
VARIAÇÃO DA VELOCIDADE SÍNCRONA
• A velocidade síncrona de um motor de indução é dada por:
𝒏𝒔𝒊𝒏𝒄 =
𝟏𝟐𝟎 𝒇𝒔𝒆
𝑵
onde 𝑓𝑠𝑒 é a frequência elétrica de alimentação e 𝑁 é o
número de pólos.
• Assim, para variar a velocidade síncrona, deve-se:
1. Alterar a frequência elétrica de linha;
2. Alterar o número de pólos da máquina. 10

11. 1. ALTERAÇÃO DA FREQUÊNCIA
ELÉTRICA DE LINHA
• Se a frequência elétrica aplicada ao estator de um motor de
indução for alterada, a velocidade de rotação 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 dos seus
campos magnéticos mudará de forma diretamente proporcional.
• Usando o controle por frequência variável, é possível ajustar a
velocidade do motor, tanto para cima como para baixo da
velocidade base (𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐).
• De 5% de 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐 até 2x 𝑛𝑠𝑖𝑛𝑐.
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12. • Segundo a lei de Faraday, o fluxo no núcleo de um motor de indução
pode ser dado por:
𝒗 𝒕 = −𝑵
𝒅Ø
𝒅𝒕
se a tensão aplicada for igual a 𝑣 𝑡 = 𝑉𝑀 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 for aplicada ao
núcleo, o fluxo resultante (Ø) será:
Ø =
𝟏
𝑵
𝑽𝑴 𝒔𝒆𝒏 𝝎𝒕 𝒅𝒕
Ø = −
𝑽𝑴
𝑵𝝎
𝒄𝒐𝒔 𝝎𝒕
• Observe que a frequência elétrica aparece no denominador dessa
expressão, pois 𝜔 = 2𝜋𝑓 logo:
|Ø| =
𝑽𝑴
𝟐𝝅𝒇𝑵
12

13. 13
|Ø| =
𝑽𝑴
𝟐𝝅𝒇𝑵
• Redução dos valores nominais;
• Se a tensão estatórica for variada na mesma
proporção da frequência, o fluxo resultante fica
aproximadamente constante e o torque disponível
também fica aproximadamente constante.
• Assim toda curva de torque x velocidade fica com a
mesma forma, apenas deslocada sobre o eixo das
velocidades.

14. (a) Família de curvas para velocidades abaixo da velocidade base,
assumindo que a tensão nominal de linha foi reduzida linearmente com
a frequência.
(b) Família de curvas para velocidades acima da velocidade
base, assumindo que a tensão de linha foi mantida
constante.
(c) Curvas características de conjugado versus velocidade para todas as
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15. 1. ALTERAÇÃO DA FREQUÊNCIA
ELÉTRICA DE LINHA
• Desvantagens:
1. Necessidade de um gerador
dedicado ou de um conversor
mecânico de frequência; (no
passado!!!)
• Vantagens:
1. Esse método pode ser usado
com qualquer motor de
indução;
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16. 2. ALTERAÇÃO NO NÚMERO DE POLOS
• Existem duas maneiras de se alterar o número de polos de um
motor de indução:
1. O método dos polos consequentes;
2. Enrolamentos de estator múltiplos.
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17. 2.1 ALTERAÇÃO DOS
POLOS CONSEQUENTES
O número de polos do enrolamento
do estator de um motor de indução
pode ser alterado facilmente na
razão 2:1 simplesmente fazendo
trocas simples nas conexões das
bobinas.
Desvantagem: As velocidades
devem estar na razão de 2:1. (a) Na configuração de dois polos, uma bobina é um polo norte (N) e a
outra é um polo sul (S). (b) Quando a conexão em uma das duas
bobinas é invertida, ambas se tornam de polaridade norte (N) e o fluxo
magnético retorna ao estator em pontos a meio caminho entre as duas
bobinas. Os polos S são denominados polos consequentes e o
enrolamento é agora de quatro polos.
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18. (a) Conexão de conjugado constante.
(b) Conexão de potência constante.
(c) Conexão de conjugado do tipo usado em ventilador.
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19. Comutação de 4 polos para 2 polos.
Sistema Dahlander – Motor Dahlander.
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20. 2.2 ENROLAMENTOS DE
ESTATOR MÚLTIPLOS
• Vantagens:
1. Contorna o problema do método dos
polos consequentes, pois permite obter
mais velocidades, sem depender da
razão 2:1.
• Desvantagens:
1. O tamanho da máquina fica bem maior
do que o normal para que as ranhuras
sejam suficientemente grandes para
acomodar os dois enrolamentos.
2. O uso dessa técnica encarece o motor,
logo, só é usada quando é
absolutamente necessária.
• Aplicações:
1. Motor de elevadores antigos;
2. Motor principal de máquina de lavar
roupas.
Comutação com dois
conjuntos independentes e
isolados de enrolamentos de
estator, cada um permitindo
alterações de polos.
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21. CONTROLE DE VELOCIDADE POR
VARIAÇÃO DO ESCORREGAMENTO
• Velocidade do campo girante é mantida constante e o
escorregamento é alterado.
• Tensão aplicada ao estator;
• Variação da resistência rotórica.
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22. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Variando a tensão, há uma variação proporcional do
fluxo.
• O torque de partida, torque máximo e toda curva dele, sofrem
uma variação quadrática.
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23. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
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24. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Pontos positivos:
• Pode-se usar o motor de gaiola, o qual tem baixo custo;
• Há possibilidade de um controle barato.
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25. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Pontos negativos:
• Instabilidade que ocorre com tensão muito baixa;
• Variação de carga afetam muito a velocidade quando a tensão
estiver baixa.
• Dependendo da carga, tensões baixas podem levar à queima
do estator, por excesso de corrente na carga.
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26. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Como variar a tensão aplicada ao estator?
• Autotransformador regulável (VARIVOLT);
• Uso de impedância em série com o estator;
• Uso de gradadores eletrônicos (TRIAC ou SCR);
• Variação no número de espiras.
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27. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Variação por gradador:
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28. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Variação por gradador
• Pontos positivos:
• É barato de implementar.
• Pontos negativos:
• Causa uma deformação da onda, elevando as perdas do motor
e podendo influir em aparelhos de comunicação.
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29. VARIAÇÃO DA TENSÃO ESTATÓRICA
• Variação por gradador
• Aplicações:
• Alguns elevadores antigos;
• Ventiladores de teto.
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30. VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ESPIRAS DO
ESTATOR
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31. VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ESPIRAS DO
ESTATOR
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32. VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ESPIRAS DO
ESTATOR
• Cada polo tem duas bobinas
• A principal;
• A auxiliar.
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33. VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ESPIRAS DO
ESTATOR
• Pontos positivos:
• Baixo custo.
• Pontos negativos:
• Variação descontínua na velocidade.
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34. VARIAÇÃO DO NÚMERO DE ESPIRAS DO
ESTATOR
• Aplicações:
• Ventiladores e circuladores de ar.
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35. VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA ROTÓRICA
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36. VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA ROTÓRICA
• Pontos positivos:
• Não há perda de torque do motor nas baixas velocidades;
• O reostato de controle de velocidade pode ser usado como
método de partida.
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37. VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA ROTÓRICA
• Pontos negativos:
• O motor de rotor bobinado, junto com o reostato, resulta em
um equipamento caro;
• Nas baixas velocidades há muita dissipação de energia no
reostato de controle;
• Se a resistência está alta, há muita flutuação da velocidade
quando a carga variar.
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38. VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA ROTÓRICA
• Aplicações:
• Este método geralmente é usado quando as
características severas de partida já recomendam um
motor de rotor bobinado.
• Pontes rolantes;
• Guindastes especiais.
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39. ACIONAMENTO PREFERÍVEL: USO DE
INVERSOR DE FREQUÊNCIA
• O que é?
• Qual a função?
• Como funciona?
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40. INVERSOR DE FREQUÊNCIA
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41. INVERSOR DE FREQUÊNCIA
• Geralmente, a técnica utilizada pelos transistores é a
PWM (Pulse Width Modulation).
• Consiste em ligar e desligar a CC do motor (fazendo o
transistor trabalhar em corte e na saturação) a intervalos de
tempo determinados e com a largura de pulsos diferentes de
modo a corrente se aproxime de uma senoide.
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42. INVERSOR DE FREQUÊNCIA
• Estes inversores incorporam também:
• Uma grande variedades de proteções;
• Possibilidade de reprogramação por CLP ou por
computadores;
• Frenagem...
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43. INVERSOR DE FREQUÊNCIA
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• Pontos positivos:
• Instalação simples;
• Parametrização fácil;
• Economia de energia;
• Reduz o pico de corrente nas partidas;
• Precisão nos processos;
• Identificação de falhas...

44. INVERSOR DE FREQUÊNCIA
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• Pontos negativos:
• Custo inicial relativamente alto;
• Grande quantidade de componentes sofisticados que
requerem técnicos especializados para a manutenção.

45. SIMULAÇÃO - PSIM
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46. SIMULAÇÃO I - MATLAB
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Parâmetros iniciais utilizados na rotina do MATLAB para estudar o
controle de velocidade por variação da resistência do rotor (R2).

47. SIMULAÇÃO I - MATLAB
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Controle de velocidade por variação da resistência do rotor (R2).

48. SIMULAÇÃO II - MATLAB
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49. SIMULAÇÃO II - MATLAB
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a) R1 suficientemente pequena de modo
que seus efeitos são desprezíveis.
(b) R1 não desprezível.
Uma família de curvas de Torque versus Velocidade de um motor de
indução.

50. VÍDEO
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51. CONCLUSÃO
Conclui-se que, há anos atrás talvez não fosse vantajoso o uso de motores
de indução para aplicações envolvendo velocidade ajustável. No entanto,
com a crescente demanda por motores de indução, devido principalmente
ao seu baixo custo e simplicidade, junto com o desenvolvimento de
algumas técnicas que permitem o controle da velocidade da máquina
assíncrona (em destaque para o uso de inversores), o motor de indução
tornou-se a melhor opção de uso, na esmagadora maioria das aplicações,
fato esse que pode ser comprovado ao observar sua grande aplicabilidade
em diversas situações no dia-a-dia.
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52. REFERÊNCIAS
• [1] CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas. 5. ed. Porto
Alegre: AMGH, 2013.
• [2] DEL TORO, Vicent. Fundamentos de maquinas elétricas. 1. Ed. New
York: JC, 1990.
• [3] FITZGERALD, A. E., KINGSLEY Jr. C. E UMANS, S. D. Máquinas
Elétricas: com Introdução à Eletrônica De Potência. 6ª Edição, Bookman,
2006.
• [4] KOSOW, I. Máquinas Elétricas e Transformadores. Editora Globo.
1986.
• [5] BHATTIA, A. S. I. S.; GUPTA, V. K.; SETHI, S. A. Simulation and speed
control of introducion motor drives. National Institute of Technology,
Rourkela, 2012. 52