Análise do desempenho do motor de indução trifásico quando alimentado através de um inversor de fonte de tensão com tolerância a falhas

Palavras-chave: Motor de indução trifásico,Tolerância a falhas,Inversor de fonte de tensão

O trabalho realizado no âmbito desta tese enquadra-se na temática dos accionamentos AC com tolerância a falhas. Aplicado a motores de indução trifásicos, este tipo de accionamentos AC tem como objectivo manter a máquina em funcionamento, após o aparecimento de uma avaria no circuito inversor. Dado existirem em maior número em aplicações industriais, neste trabalho é analisada a implementação de tolerância a falhas em sistemas de accionamento clássicos, caracterizados por um motor de indução trifásico standard, alimentado através de um inversor de fonte de tensão trifásico, constituído por seis semicondutores controlados na ignição e no bloqueio e respectivos díodos de roda-livre. Nestes accionamentos, a fonte de tensão contínua do inversor é obtida através de um rectificador trifásico de díodos. Pretende-se com esta investigação analisar o comportamento e o desempenho do motor de indução trifásico, quando alimentado através de um sistema de tensões assimétricas, resultantes da implementação no accionamento de estratégias de controlo alternativas, na sequência de avarias do tipo circuito-aberto e curto-circuito nos semicondutores do inversor de fonte de tensão. Avarias no motor não são contempladas neste estudo. As estratégias de controlo alternativas, usadas no accionamento para implementação da tolerância a falhas, baseiam-se em reconfigurações de hardware e de software, através de adaptações introduzidas nas técnicas de controlo vectorial e de controlo directo do binário de motores de indução trifásicos. A apresentação deste trabalho desenvolve-se ao longo de seis capítulos. Para além do Capítulo 1 em que é feita uma introdução ao assunto abordado nesta tese, no Capítulo 2 é apresentado um modelo do motor de indução trifásico, válido para as situações com alimentação simétrica ou assimétrica, proveniente directamente da rede ou através de um inversor de fonte de tensão. Este modelo permite ainda efectuar a simulação da ligação ao ponto neutro dos enrolamentos do estator. O modelo é expresso num sistema de coordenadas correspondentes aos eixos da transformada de Park dqo. São também apresentadas neste capítulo algumas das técnicas de controlo mais utilizadas em motores de indução trifásicos, quando alimentados através de inversores de fonte de tensão em funcionamento normal, com particular ênfase no controlo vectorial e no controlo directo de binário. No Capítulo 3 são apresentados resultados correspondentes à simulação do funcionamento do motor, quando alimentado directamente a partir de um barramento trifásico de tensão sinusoidal ou através de um inversor de fonte de tensão. Quando alimentado através do inversor de fonte de tensão, o controlo do motor de indução é realizado mediante a utilização do controlo vectorial baseado na orientação do campo segundo o vector espacial do fluxo rotórico (RFOC) e do controlo directo de binário (DTC). Com estes resultados pretende-se avaliar o desempenho do motor em diferentes situações de funcionamento, tendo como base alguns parâmetros de análise, tais como, factores de distorção harmónica da tensão e da corrente, rendimento, factor de potência e comportamento térmico. No Capítulo 4 apresentam-se resultados de simulação relativos à análise do desempenho do motor de indução trifásico, quando alimentado através de um inversor de fonte de tensão com tolerância a falhas. Na simulação do sistema tolerante a falhas, são aplicadas ao accionamento do motor de indução trifásico duas estratégias de reconfiguração de hardware. Estas estratégias baseiam-se na ligação do ponto neutro dos enrolamentos do estator ao ponto médio do banco de condensadores do barramento DC do inversor de fonte de tensão (ligação SNPC) e na ligação da fase do inversor que possuiu o defeito, ao mesmo ponto do banco de condensadores (ligação SPC). Ainda no Capítulo 4, além das reconfigurações de hardware, são descritas as alterações necessárias à implementação de estratégias de controlo adaptadas nos sistemas tolerantes a falhas em análise, tendo como bases a orientação do fluxo rotórico e o controlo directo de binário. São também mencionados os pormenores necessários à realização de cada uma das estratégias de controlo em ambiente de programação Matlab/Simulink. O Capítulo 5 destina-se à descrição da concepção, implementação e controlo do protótipo utilizado na realização dos ensaios laboratoriais, bem como à apresentação dos diversos resultados experimentais. No Capítulo 6 são apresentadas as conclusões de todo este trabalho incluindo a referência a recomendações para trabalhos de investigação futuros, a realizar na área dos accionamentos com tolerância a falhas.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias