Modelagem de um Motor de Indução Hexafásico
Assimétrico e a Redução de seus Harmônicos de
Corrente por um Controlador P-BS...
Sumário
1. Introdução e Motivação
2. Modelagem do motor
3. Sistema de controle
4. Resultados4. Resultados
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Introdução e Motivação
Definição:
• Motores multifásicos possuem número de fases do
estator maior do que 3
• Motor hexafás...
Introdução e Motivação
Vantagens:
• Redução da potência por fase
• Aumento da confiabilidade
• Redução do acoplamento entr...
Introdução e Motivação
Desvantagens:
• Maior suscetibilidade a geração de harmônicos
de corrente
• Maior complexidade do s...
Introdução e Motivação
Objetivos:
1. Desenvolver um modelo no referencial natural
abc-xyz, com os parâmetros obtidos a par...
Introdução e Motivação
Justificativas:
• O modelo no referencial natural abc-xyz pode
representar melhor os harmônicos esp...
Introdução e Motivação
Metodologia:
• Desenvolver o modelo no referencial natural
abc-xyz
• Obter o modelo no referencial ...
Modelagem do motor
• Rotor gaiola de esquilo
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Modelagem do motor
• Rotor gaiola de esquilo
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Modelagem do motor
• Rotor gaiola de esquilo
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Modelagem do motor
• Equações do motor no referencial natural abc-xyz
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Modelagem do motor
• Equações do motor no referencial natural abc-xyz
13
Modelagem do motor
• Cálculo da Indutância – Função de enrolamento
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Modelagem do motor
• Função de enrolamento do estator
15
Modelagem do motor
• Função de enrolamento do rotor:
1 - mb → ímpar mr = mb mr → ímpar
2 - mb → par mr = mb/2 mr → ímpar
3...
Modelagem do motor
• Função de enrolamento do rotor: mb → par
mr → impar
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Modelagem do motor
• Indutância do Estator: concentrado
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Modelagem do motor
• Indutância do Rotor: mb → par
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Modelagem do motor
• Função de indutância mutua Estator/Rotor – Lsr
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Modelagem do motor
• Indutância mútua entre estator e rotor
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Modelagem do motor
• Matriz de Transformação: abc-xyz → -mn
22
Se m for impar →
Modelagem do motor
• Matriz de Transformação: abc-xyz → -mn
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Se m for impar →
Se m for par →
Modelagem do motor
• TS – Estator hexafásico assimétrico
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• TR – Rotor com 5 fases
Modelagem do motor
• Transformação: abc-xyz → -mn
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Modelagem do motor
• Transformação: abc-xyz → -mn
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Modelagem do motor
• Transformação: abc-xyz → -mn
(1)
(3)
(5)
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
mn(1)
mn(3)
Modelagem do motor
• Transformação: abc-xyz → -mn
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Modelagem do motor
• Transformação: abc-xyz → -mn
onde
29
onde
Modelagem do motor
• Equação vetorial no referencial αβ(1,3,5) - mn(1,3)
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Modelagem do motor
• Transformação: αβ(h) - mn(h) → dq(h)
onde:
31
Modelagem do motor
• Equação no referencial dq(h)
32
Modelagem do motor
• Circuito equivalente
33
Modelagem do motor
• Circuito equivalente: MI 6
dq(1)
34
dq(5)
dq(3)
mr=5
xm
(5) = 0
Modelagem do motor
• Obtenção dos parâmetrosHarmônico
Parâmetros Ensaio a vazio Rotor bloqueado
Tensão [V] 126,7 49,6
Corr...
Modelagem do motor
• Obtenção dos parâmetros
abc-xyz
Teórico
Lp 28,8
Lms 41,1
Lmr 100,7
Lls 7,1
Llr 8,7
dq
Lm,dq 97
Lss,dq...
Sistema de Controle
• Controle Vetorial por orientação indireta de
campo do rotor
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Sistema de Controle
• Controle de corrente
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Sistema de Controle
• Controle de corrente
39
• Controle de corrente do plano dq(5)
Sistema de Controle
Síncrono
40
• H. S. Che, E. Levi, M. Jones, W. Hew, and N. A. Ra...
• Controle de corrente do plano dq(5)
Sistema de Controle
DUAL PI
41
• H. S. Che, E. Levi, M. Jones, W. Hew, and N. A. Rah...
• Controle adaptativo de corrente P-BSNN Proposto
Sistema de Controle
42
• Controle de corrente BSNN
Sistema de Controle
• Saída:
43
• Treinamento: LMS
• Função Base de segunda ordem
Sistema de Controle
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d=4/n
• Função Base de segunda ordem
Sistema de Controle
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d=4/n
s
Sistema de Controle
• Fluxograma P-BSNN
46
Sistema de Controle
• Fluxograma P-BSNN
→
47
→ Armazena W com menor MSE
→ Detecta tendência de divergência
→ Proteção cont...
Resultados
• Diagrama da bancada de teste
48
Resultados
Testes:
• Sistema em malha aberta – Validar o modelo
• Sistema em malha fechada – Validar o controle
• Controle...
Resultados
Teste em malha aberta – Validar do modelo
• Partida livre
• Aplicação de carga
50
Resultados
• Sistema em malha aberta – Aplicação de Carga
51
Resultados
• Sistema em malha aberta – Aplicação de Carga
52
Resultados - plano dq(1)
Controle de velocidade e corrente – plano dq(1)
• Magnetização
• Partida
• Reversão de velocidade...
Resultados - plano dq(1)
• Sistema de Controle – Aplicação de Carga
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Resultados - plano dq(1)
• Sistema de Controle – Aplicação de Carga
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Resultados - plano dq(5)
• Controles:
• Sem controle
• Dual PI
• Tipos:
• Natural
• abc
• Velocidades:
• 450 rpm
• 900 rpm...
Resultados - plano dq(5) – 450 rpm
Natural abc a ax
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Resultados - plano dq(5) – 900 rpm
Natural abc a ax
58
Resultados - plano dq(5)
• Resumo
450 rpm
Natural abc a ax
Sem 0,1 0,78 0,33 0,28
Dual PI 0,02 0,15 0,06 0,05
P-BSNN 0,015...
Resultados - plano dq(5)
• Resumo
450 rpm
Natural abc a ax
Sem/Dual PI 5 5,3 5,2 5,4
Sem/P-BSNN 6,6 39 20 20
60
900 rpm
Na...
Conclusões
Principais Contribuições:
• Rotor equivalente em função de mb
• Determinação dos parâmetros do modelo no
ref. n...
Modelagem de um Motor de Indução Hexafásico
Assimétrico e a Redução de seus Harmônicos de
Corrente por um Controlador P-BS...
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  1. 1. Modelagem de um Motor de Indução Hexafásico Assimétrico e a Redução de seus Harmônicos de Corrente por um Controlador P-BSNN Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação – FEEC Departamento de Sistemas e Energia – DSE Corrente por um Controlador P-BSNN Autor: Paulo Sergio Dainez Orientador: Prof. Dr. Edson Bim
  2. 2. Sumário 1. Introdução e Motivação 2. Modelagem do motor 3. Sistema de controle 4. Resultados4. Resultados 2
  3. 3. Introdução e Motivação Definição: • Motores multifásicos possuem número de fases do estator maior do que 3 • Motor hexafásico assimétrico é composto por dois sistemas trifásicos defasados /6 (30o elétricos)sistemas trifásicos defasados /6 (30o elétricos) 3
  4. 4. Introdução e Motivação Vantagens: • Redução da potência por fase • Aumento da confiabilidade • Redução do acoplamento entre os harmônicos• Redução do acoplamento entre os harmônicos espaciais e temporais • Redução das perdas joule no rotor • Diminuição da pulsação do torque 4
  5. 5. Introdução e Motivação Desvantagens: • Maior suscetibilidade a geração de harmônicos de corrente • Maior complexidade do sistema de controle• Maior complexidade do sistema de controle 5
  6. 6. Introdução e Motivação Objetivos: 1. Desenvolver um modelo no referencial natural abc-xyz, com os parâmetros obtidos a partir de testes experimentais (rotor bloqueado e vazio) 6 2. Desenvolver um sistema de controle adaptativo baseado na B-Spline Neural Network (BSNN), para reduzir os harmônicos de corrente do motor
  7. 7. Introdução e Motivação Justificativas: • O modelo no referencial natural abc-xyz pode representar melhor os harmônicos espaciais presentes no motor - Lsr(r) 7 sr r • O modelo no referencial síncrono dq(h) permite a obtenção do circuito elétrico equivalente e a determinação de seus parâmetros a partir dos testes experimentais
  8. 8. Introdução e Motivação Metodologia: • Desenvolver o modelo no referencial natural abc-xyz • Obter o modelo no referencial estacionário estatórico-rotórico -mn 8 estatórico-rotórico -mn • Obter o modelo no referencial síncrono dq(h) • Obter o circuito elétrico equivalente • Testes rotor bloqueado e a vazio • Cálculo dos parâmetros – dq(h) → abc-xyz
  9. 9. Modelagem do motor • Rotor gaiola de esquilo 9
  10. 10. Modelagem do motor • Rotor gaiola de esquilo 10
  11. 11. Modelagem do motor • Rotor gaiola de esquilo 11
  12. 12. Modelagem do motor • Equações do motor no referencial natural abc-xyz 12
  13. 13. Modelagem do motor • Equações do motor no referencial natural abc-xyz 13
  14. 14. Modelagem do motor • Cálculo da Indutância – Função de enrolamento 14
  15. 15. Modelagem do motor • Função de enrolamento do estator 15
  16. 16. Modelagem do motor • Função de enrolamento do rotor: 1 - mb → ímpar mr = mb mr → ímpar 2 - mb → par mr = mb/2 mr → ímpar 3 - mr → par 16 3 - mr → par • Forma da função de enrolamento (mb) e a distribuição da fases (mr)
  17. 17. Modelagem do motor • Função de enrolamento do rotor: mb → par mr → impar 17
  18. 18. Modelagem do motor • Indutância do Estator: concentrado 18
  19. 19. Modelagem do motor • Indutância do Rotor: mb → par 19
  20. 20. Modelagem do motor • Função de indutância mutua Estator/Rotor – Lsr 20
  21. 21. Modelagem do motor • Indutância mútua entre estator e rotor 21
  22. 22. Modelagem do motor • Matriz de Transformação: abc-xyz → -mn 22 Se m for impar →
  23. 23. Modelagem do motor • Matriz de Transformação: abc-xyz → -mn 23 Se m for impar → Se m for par →
  24. 24. Modelagem do motor • TS – Estator hexafásico assimétrico 24 • TR – Rotor com 5 fases
  25. 25. Modelagem do motor • Transformação: abc-xyz → -mn 25
  26. 26. Modelagem do motor • Transformação: abc-xyz → -mn 26
  27. 27. Modelagem do motor • Transformação: abc-xyz → -mn (1) (3) (5) 27  mn(1) mn(3)
  28. 28. Modelagem do motor • Transformação: abc-xyz → -mn 28
  29. 29. Modelagem do motor • Transformação: abc-xyz → -mn onde 29 onde
  30. 30. Modelagem do motor • Equação vetorial no referencial αβ(1,3,5) - mn(1,3) 30
  31. 31. Modelagem do motor • Transformação: αβ(h) - mn(h) → dq(h) onde: 31
  32. 32. Modelagem do motor • Equação no referencial dq(h) 32
  33. 33. Modelagem do motor • Circuito equivalente 33
  34. 34. Modelagem do motor • Circuito equivalente: MI 6 dq(1) 34 dq(5) dq(3) mr=5 xm (5) = 0
  35. 35. Modelagem do motor • Obtenção dos parâmetrosHarmônico Parâmetros Ensaio a vazio Rotor bloqueado Tensão [V] 126,7 49,6 Corrente [A] 3,46 6,44 Potência Ativa [W] 528,2 Potência Reativa [VAr] 2628,7 1845,8 35 1ª Potência Reativa [VAr] 2628,7 1845,8 Indutância [mH] 97,1 16,6 Resistência [Ω] 2,1 5ªHarmônico Parâmetros r = 900 rpm r = 0 rpm Tensão [V] 42 42 Corrente [A] 2,13 2,11 Potência Reativa [VAr] 449 468,5 Indutância [mH] 8,8 9,3
  36. 36. Modelagem do motor • Obtenção dos parâmetros abc-xyz Teórico Lp 28,8 Lms 41,1 Lmr 100,7 Lls 7,1 Llr 8,7 dq Lm,dq 97 Lss,dq 102,2+Lls Lrr,dq 100,7+Llr Lls,dq 5,2+Lls Llr,dq 3,6+Llr 109,3 109,3 12,3 12,3 36 Experimental Lp 25,5 Lms 36,5 Lmr 89,4 Lls 6,3 Llr 7,7 s 0,171 r 0,086 Llr 8,7 Lm,dq 86,2 Lss,dq 97,1 Lrr,dq 97,1 Lls,dq 10,9 Llr,dq 10,9 s,dq 0,127 r,dq 0,127 Llr,dq 3,6+Llr 12,3
  37. 37. Sistema de Controle • Controle Vetorial por orientação indireta de campo do rotor 37
  38. 38. Sistema de Controle • Controle de corrente 38
  39. 39. Sistema de Controle • Controle de corrente 39
  40. 40. • Controle de corrente do plano dq(5) Sistema de Controle Síncrono 40 • H. S. Che, E. Levi, M. Jones, W. Hew, and N. A. Rahim, “Current control methods for an asymmetrical six-phase induction motor drive,” IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 1, pp. 407–417, Jan 2014. Anti-Síncrono
  41. 41. • Controle de corrente do plano dq(5) Sistema de Controle DUAL PI 41 • H. S. Che, E. Levi, M. Jones, W. Hew, and N. A. Rahim, “Current control methods for an asymmetrical six-phase induction motor drive,” IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 1, pp. 407–417, Jan 2014.
  42. 42. • Controle adaptativo de corrente P-BSNN Proposto Sistema de Controle 42
  43. 43. • Controle de corrente BSNN Sistema de Controle • Saída: 43 • Treinamento: LMS
  44. 44. • Função Base de segunda ordem Sistema de Controle 44 d=4/n
  45. 45. • Função Base de segunda ordem Sistema de Controle 45 d=4/n s
  46. 46. Sistema de Controle • Fluxograma P-BSNN 46
  47. 47. Sistema de Controle • Fluxograma P-BSNN → 47 → Armazena W com menor MSE → Detecta tendência de divergência → Proteção contra mínimo local
  48. 48. Resultados • Diagrama da bancada de teste 48
  49. 49. Resultados Testes: • Sistema em malha aberta – Validar o modelo • Sistema em malha fechada – Validar o controle • Controle de velocidade e corrente do plano dq(1) 49 • Controle de velocidade e corrente do plano dq • Controlador P-BSNN de corrente do plano dq(5)
  50. 50. Resultados Teste em malha aberta – Validar do modelo • Partida livre • Aplicação de carga 50
  51. 51. Resultados • Sistema em malha aberta – Aplicação de Carga 51
  52. 52. Resultados • Sistema em malha aberta – Aplicação de Carga 52
  53. 53. Resultados - plano dq(1) Controle de velocidade e corrente – plano dq(1) • Magnetização • Partida • Reversão de velocidade 53 • Reversão de velocidade • Aplicação de Carga
  54. 54. Resultados - plano dq(1) • Sistema de Controle – Aplicação de Carga 54
  55. 55. Resultados - plano dq(1) • Sistema de Controle – Aplicação de Carga 55
  56. 56. Resultados - plano dq(5) • Controles: • Sem controle • Dual PI • Tipos: • Natural • abc • Velocidades: • 450 rpm • 900 rpm Controlador P-BSNN de corrente – plano dq(5) 56 • Dual PI • P-BSNN • abc • a • ax • 900 rpm
  57. 57. Resultados - plano dq(5) – 450 rpm Natural abc a ax 57
  58. 58. Resultados - plano dq(5) – 900 rpm Natural abc a ax 58
  59. 59. Resultados - plano dq(5) • Resumo 450 rpm Natural abc a ax Sem 0,1 0,78 0,33 0,28 Dual PI 0,02 0,15 0,06 0,05 P-BSNN 0,015 0,02 0,016 0,014 59 P-BSNN 0,015 0,02 0,016 0,014 900 rpm Natural abc a ax Sem 0,15 0,49 0,22 0,23 Dual PI 0,05 0,14 0,07 0,07 P-BSNN 0,045 0,042 0,04 0,049 • Corrente |Idq (5)| [A]
  60. 60. Resultados - plano dq(5) • Resumo 450 rpm Natural abc a ax Sem/Dual PI 5 5,3 5,2 5,4 Sem/P-BSNN 6,6 39 20 20 60 900 rpm Natural abc a ax Sem/Dual PI 3 3,6 3,2 3,4 Sem/P-BSNN 3,2 11,7 5,5 4,6 • Razão entre a corrente do sistema sem e com controle
  61. 61. Conclusões Principais Contribuições: • Rotor equivalente em função de mb • Determinação dos parâmetros do modelo no ref. natural abc-xyz a partir dos testesref. natural abc-xyz a partir dos testes experimentais no ref. Síncrono dq • Controle adaptativo de corrente no plano dq(5) baseado no BSNN 61
  62. 62. Modelagem de um Motor de Indução Hexafásico Assimétrico e a Redução de seus Harmônicos de Corrente por um Controlador P-BSNN 17/07/2016 6262 Corrente por um Controlador P-BSNN Autor: Paulo Sergio Dainez Orientador: Prof. Dr. Edson Bim

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