Controlo directo de binário de uma máquina assíncrona trifásica

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Automação e Electrónica Industrial

Esta dissertação de Mestrado foi realizada com o objectivo de se efectuar o estudo teórico e a sua comprovação, por simulação e ensaios experimentais, do Controlo Directo de Binário – DTC para uma máquina assíncrona trifásica, que é uma das muitas técnicas utilizadas no Controlo Vectorial. Numa primeira fase foi efectuado o estudo teórico e modelização da máquina assíncrona trifásica, do conversor estático de potência (funcionamento como ondulador de tensão trifásico) e da técnica do Controlo Directo de Binário – DTC. No Controlo Directo de Binário podem ser utilizadas várias técnicas de comutação, que irão corresponder a um diferente desempenho dinâmico sobre o binário e sobre o fluxo estatórico. Nesta dissertação foi efectuado o estudo de duas das várias técnicas de comutação que a técnica do Controlo Directo de Binário contempla, nomeadamente, as duas técnicas que utilizam o funcionamento nos quatro quadrantes. A diferença entre as duas técnicas estudadas reside na utilização e na não utilização de vectores de tensão nulos. No estudo teórico foram efectuadas transformações de referenciais com o objectivo de realizar a implementação na simulação numérica dos vários blocos que constituem o modelo global. Com a implementação do modelo global na simulação numérica, foram realizadas diversas simulações numéricas, quer em regime estacionário quer em regime dinâmico, inicialmente em malha aberta e posteriormente em malha fechada. Em malha fechada, com a utilização de um anel exterior, foi realizado o controlo de velocidade com o projecto e dimensionamento do compensador PI (proporcional e integral). A implementação laboratorial do protótipo foi constituída pelo rectificador de tensão trifásico, que funciona com as tensões nominais da rede (400Vac) e pelo ondulador de tensão trifásico, onde foi utilizado um módulo compacto de IGBTs, constituído pelos seis semicondutores de potência e pelos respectivos circuitos de guiamento de ajuda à comutação e protecção. Como carga foi utilizada a máquina assíncrona trifásica. O Controlo Directo de Binário – DTC e o anel exterior para controlo da velocidade foram implementados num controlador digital do fabricante dSPACE. Com esta implementação foram realizados diversos ensaios laboratoriais, nas mesmas condições aos realizados na simulação numérica e assim, permitindo efectuar a comparação e análise dos respectivos resultados.

Abstract: This Master’s thesis was undertaken with the aim to make the theoretical study and its verification by simulation and experimental tests, the Direct Torque Control - DTC for a three-phase asynchronous machine, which is one of many techniques used in Vector Control. In the first phase was carried out theoretical study and modeling of three-phase asynchronous machine, the static power converter (inverter operation as three-phase voltage) and the technique of Direct Torque Control - DTC. In the Direct Torque Control can be used several switching techniques that will correspond to a different dynamic performance of the torque and the stator flux. This dissertation was carried out to study two different switching techniques of the technique of direct control of the torque comprises, in particular, both techniques that use four-quadrant operation. The difference between both techniques is the use and non-use of zero voltage vectors. In the theoretical study were made transformations of references in order to carry out the implementation in the numerical simulation of the various blocks that constitute the global model. With the implementation of the global model in numerical simulation, several numerical simulations were carried out either in steady regime or in dynamic regime, initially in open loop and in closed loop later. In closed loop with the use of an outer ring, was performed with speed control compensator with a design and dimensioning compensator PI (proportional and integral). The implementation laboratory prototype was made by rectifier three-phase voltage, which works with nominal voltages of the network (400Vac) and the inverter voltage phase, where we used a compact module IGBTs, consists of the six power semiconductors and the respective circuits guiding help to switching and protection. Was used as loading three-phase asynchronous machine. The Direct Torque Control - DTC and the outer ring for speed control have been implemented in a digital controller manufacturer dSPACE. With this implementation have been several laboratory tests, performed under the same conditions for the numerical simulation and thus permitting the comparison and analysis of their results.