Projeto de controladores robustos para acionamento de um motor de indução trifásico

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Design and Characterization of an Active Three-Phase EMI Noise Separator for Three-Phase Power Electronics Systems

One of the major issues for power converters that are connected to the electric grid are the measurement of three phase Conduced Emissions (CE), which are regulated by international and regional standards. CE are composed of two components which are Common Mode (CM) noise and Differential Mode (DM) noise. To achieve compliance with these regulations the Equipment Under Test (EUT) includes filtering and other electromagnetic emission control strategies. The separation of differential mode and common mode noise in Electromagnetic Interference (EMI) analysis is a well-known procedure which is useful especially for the optimization of the EMI filter, to improve the CM or DM attenuation depending on which component of the conducted emissions is predominant, and for the analysis and the understanding of interference phenomena of switched mode power converters. However, separating both components is rarely done during measurements. Therefore, in this thesis an active device for the separation of the CM and DM EMI noise in three phase power electronic systems has been designed and experimentally analysed.

Construção de um variador de frequência

A dificuldade de controlo de um motor de indução, bem como o armazenamento de energia CC e posterior utilização como energia alternada promoveram o desenvolvimento de variadores de frequência e inversores. Assim, como projeto de tese de mestrado em Automação e Sistemas surge o desenvolvimento de um variador de frequência. Para elaboração do variador de frequência efetuou-se um estudo sobre as técnicas de modulação utilizadas nos inversores. A técnica escolhida e utilizada é a Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). Esta técnica baseia-se na modelação por largura de impulso (PWM), o qual é formado por comparação de um sinal de referência com um sinal de portadora de elevada frequência. Por sua vez, a topologia escolhida para o inversor corresponde a um Voltage Source Inverter (VSI) de ponte trifásica completa a três terminais. O desenvolvimento da técnica de modulação SPWM levou ao desenvolvimento de um modelo de simulação em SIMULINK, o qual permitiu retirar conclusões sobre os resultados obtidos. Na fase de implementação, foram desenvolvidas placas para o funcionamento do variador de frequência. Assim, numa fase inicial foi desenvolvida a placa de controlo, a qual contém a unidade de processamento e que é responsável pela atuação de Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs). Para além disso, foi desenvolvida uma placa para proteção dos IGBTs (evitando condução simultânea no mesmo terminal) e uma placa de fontes isoladas para alimentação dos circuitos e para atuação dos IGBTs. Ainda, foi desenvolvida a técnica de SPWM em software para a unidade de controlo e finalmente foi desenvolvida uma interface gráfica para interação com o utilizador. A validação do projeto foi conseguida através da variação da velocidade do motor de indução trifásico. Para isso, este foi colocado a funcionar a diversas frequências de funcionamento e a diferentes amplitudes. Para além disso, o seu funcionamento foi também validado utilizando uma carga trifásica equilibrada de 3 lâmpadas de forma a ser visualizada a variação de frequência e variação de amplitude.

Controle vetorial de velocidade de um motor de indução trifásico com estimação neural de fluxo

This work describes the study and the implementation of the speed control for a three-phase induction motor of 1,1 kW and 4 poles using the neural rotor flux estimation. The vector speed control operates together with the winding currents controller of the stator phasis. The neural flux estimation applied to the vector speed controls has the objective of compensating the parameter dependences of the conventional estimators in relation to the parameter machine s variations due to the temperature increases or due to the rotor magnetic saturation. The implemented control system allows a direct comparison between the respective responses of the speed controls to the machine oriented by the neural rotor flux estimator in relation to the conventional flux estimator. All the system control is executed by a program developed in the ANSI C language. The main DSP recources used by the system are, respectively, the Analog/Digital channels converters, the PWM outputs and the parallel and RS-232 serial interfaces, which are responsible, respectively, by the DSP programming and the data capture through the supervisory system

Experimental analysis of harmonic distortions in the excitation currents of double-excited three-phase transformers

This paper shows the results of experimental investigations of three-phase banks composed of single-phase transformers and three-phase three-limb core transformers under simultaneous alternating and direct current excitations, for several winding connections. Harmonic analysis of excitation currents for different de saturation levels is performed.

Método experimental para determinação das capacitancias parasitas do motor de indução trifásico acionado por inversor MLP

A proposta deste trabalho é apresentar uma nova metodologia para determinação experimental das capacitancias parasitas do motor de indução trifásico de rotor em gaiola. As capacitancias parasitas fazem parte do circuito equivalente do motor para estudos de interferência eletromagnética causada no motor de indução em modo comum quando ele for acionado por inversor controlado por modulação por largura de pulsos (MLP). Os procedimentos propostos para o desenvolvimento deste novo método consistem em: a) determinação dos parâmetros do circuito equivalente do motor de indução trifásico, em regime permanente, através de ensaio em laboratório; b) estabelecer configurações de ligações entre o inversor MLP e o motor para medições das grandezas de interesse que são as seguintes: tensões de modo comum e de eixo, correntes de fuga e de eixo, através de circuito de medição desenvolvido para este fim; c) calcular os valores das capacitancias parasitas entre estator e carcaça do motor; estator e rotor; rotor e carcaça e de rolamento utilizando a expressão matemática da definição de capacitancia; d) utilizar o software Pspice para simular o sistema motor de indução trifásico, alimentado por inversor MLP, com os circuitos equivalentes em baixas e altas frequências; e) obter as formas de onda características do fenômeno de modo comum.

Modelagem de um motor de indução trifásico operando com tensões desequilibradas por meio de redes neurais artificiais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Acionamento vetorial por controlador fuzzy modo deslizante de motor de indução

Este trabalho estuda a técnica de acionamento vetorial aplicado ao motor de indução trifásico (MIT), utilizando como estratégia de controle a combinação de controle fuzzy com controladores chaveados do tipo modo deslizante, em uma configuração aqui denominada de Controlador Fuzzy Modo Deslizante (FSMC – Do inglês: Fuzzy Sliding Mode Control). Um modelo dinâmico do MIT é desenvolvido em variáveis ‘d-q’ o que conduziu a um modelo eletromecânico em espaço de estados que exibe fortes não linearidades. A este modelo são aplicadas as condições de controle vetorial que permitem desacoplar o torque e o fluxo no MIT, de maneira que o seu comportamento dinâmico se assemelha àquele verificado em uma máquina de corrente contínua. Nesta condição, são implementados controladores do tipo proporcional e integral (PI) às malhas de controle de corrente e velocidade do motor, e são realizadas simulações computacionais para o rastreamento de velocidade e perturbação de carga, o que levam a resultados satisfatórios do ponto de vista dinâmico. Visando investigar o desempenho das estratégias não lineares nesta abordagem é apresentado o estudo da técnica de controle a estrutura chaveada do tipo modo deslizante. Um controlador modo deslizante convencional é implementado, onde se verifica que, a despeito do excelente desempenho dinâmico a ocorrência do fenômeno do “chettering” inviabiliza a aplicação desta estratégia em testes reais. Assim, é proposta a estratégia de controle FSMC, buscando associar o bom resultado dinâmico obtido com o controlador modo deslizante e a supressão do fenômeno do chettering, o que se atinge pela definição de uma camada de chaveamento do tipo Fuzzy. O controlador FSMC proposto é submetido aos mesmos testes computacionais que o controlador PI, conduzindo a resultados superiores a este último no transitório da resposta dinâmica, porém com a presença de erro em regime permanente. Para atacar este problema é implementada uma combinação Fuzzy das estratégias FSMC com a ação de controle PI, onde o primeiro busca atuar em regiões afastadas da superfície de chaveamento e o segundo busca introduzir o efeito da ação integral próximo à superfície. Os resultados obtidos mostram a viabilidade da estratégia em acionamento de velocidade variável que exigem elevado desempenho dinâmico.

Proposta de uma metodologia para obtenção de um gerador síncrono com rotor de ímãs permanentes inclinados axialmente para microcentrais elétrica a partir de motor de indução

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Proteção de motores elétricos de grande porte

Large electric motors require greater care when driving, especially during continuous operation since they are part of day-to-day manufacturing sector, acting essentially to ensure that no damage occurs to the production process and equipment that are part of the same system. This work includes the analysis of electrical protection in a system comprised of a three phase induction motor driven by a frequency converter as well as an analysis of the functions of a multifunction electronic relay. It is presented a comparison between the existing functions in a converter and a relay and a real case is described in order to exemplify the use of an electric motor and features that are aimed at their protection, and the system in which it is inserted. Based on the results, it is of great importance in this field of performance studies, generating relevant results, which may be exposed in order to unify into a single document, different sources of information that are arranged randomly, improve utilization motor and extend the life of equipment forming part of the electrical installation

Proposta de uma metodologia de rebobinamento para converter motor de indução trifásico em monofásico

This paper proposes the conversion of a three-phase induction motor into single phase through rewinding its stator. It presents a methodology to calculate this rewinding process considering the constructive parameters of the, such as number of slots and number of poles, for instance. The operating principles of DC motors are highlighted to introduce the logic involved in the calculation of lap and wave windings. The construction of the stator three-phase induction motor generally uses the lap winding, which is also used in single phase to perform the conversion. The rewinding process is widely used for reconstruction of industrial and residential electric motors that have suffered damage or present flaws with use. Therefore, many three-phase electric motors that are discarded or disposed of could be recovered by the method described in this work for a purpose that contributes to energy efficiency or simply saving resources in single-phase uses

Instantaneous complex power applied to three-phase machines

The theory presented in this paper was primarily developed to give a physical interpretation for the instantaneous power flow on a three-phase induction machine, without a neutral conductor, on any operational state and may be extended to any three-phase load. It is a vectorial interpretation of the instantaneous reactive power theory presented by Akagi et al. Which, believe the authors, isn't enough developed and its physical meaning not yet completely understood. This vectorial interpretation is based on the instantaneous complex power concept defined by Torrens for single-phase, ac, steady-state circuits, and leads to a better understanding of the power phenomenon, particularly of the distortion power. This concept has been extended by the authors to three-phase systems, through the utilization of the instantaneous space vectors. The results of measurements of instantaneous complex power on a self-excited induction generator's terminals, during an over-load application transient, are presented for illustration. The compensation of reactive power proposed by Akagi is discussed and a new horizon for the theory application is opened.

Freio eletrodinamométrico usando um inversor de frequência e um motor de indução trifásico

Considering that the Brazilian energy source is based on hydroelectric power plants, every moment that it does not rain enough, we are likely to suffer power outage. Making the rational use of energy not only is wise, but also important for financial issues. The industrial sector is of great importance to Brazilian economic context, because it is one that creates more wealth and jobs. It should be noted that it is one of the sectors that consume more electricity. One of the most used equipment in industry is the three phase induction motor, which ends up providing significant waste of energy. For that reasons, studying three phase induction motors is important. One of the ways to evaluate the parameter of the three phase induction motor is using a dynamometer mechanic or electric. This work aims at further studies (and development) of electrodynamometer brake, a type of electrical dynamometer, that is the only one with reversible use. This means, it is possible to measure both the torque and the power transmitted by the electric motors, by the direct method and the indirect. Besides it allows greater stability in the imposition of charges, due to its nature of being able to regenerate the energy imparted by the engines being tested

Freio eletrodinamométrico usando um inversor de frequência e um motor de indução trifásico

Considering that the Brazilian energy source is based on hydroelectric power plants, every moment that it does not rain enough, we are likely to suffer power outage. Making the rational use of energy not only is wise, but also important for financial issues. The industrial sector is of great importance to Brazilian economic context, because it is one that creates more wealth and jobs. It should be noted that it is one of the sectors that consume more electricity. One of the most used equipment in industry is the three phase induction motor, which ends up providing significant waste of energy. For that reasons, studying three phase induction motors is important. One of the ways to evaluate the parameter of the three phase induction motor is using a dynamometer mechanic or electric. This work aims at further studies (and development) of electrodynamometer brake, a type of electrical dynamometer, that is the only one with reversible use. This means, it is possible to measure both the torque and the power transmitted by the electric motors, by the direct method and the indirect. Besides it allows greater stability in the imposition of charges, due to its nature of being able to regenerate the energy imparted by the engines being tested

Determination of Three-Dimensional Left Ventricle Motion to Analyze Ventricular Dyssyncrony in SPECT Images

A method to compute three-dimension (3D) left ventricle (LV) motion and its color coded visualization scheme for the qualitative analysis in SPECT images is proposed. It is used to investigate some aspects of Cardiac Resynchronization Therapy (CRT). The method was applied to 3D gated-SPECT images sets from normal subjects and patients with severe Idiopathic Heart Failure, before and after CRT. Color coded visualization maps representing the LV regional motion showed significant difference between patients and normal subjects. Moreover, they indicated a difference between the two groups. Numerical results of regional mean values representing the intensity and direction of movement in radial direction are presented. A difference of one order of magnitude in the intensity of the movement on patients in relation to the normal subjects was observed. Quantitative and qualitative parameters gave good indications of potential application of the technique to diagnosis and follow up of patients submitted to CRT.