[pt] Dentre as máquinas elétricas que compõem os sistemas industriais, destacam-se hoje em dia os motores de indução, não apenas pelo grande número em que são encontrados como pelas capacidades cada vez maiores em que são utilizados. Motores e circuitos conversores e de controles podem ser combinados de diversos modos, ressaltando-se a necessidade de uma modelagem adequada para o sistema como um todo. Sabe-se, de vasta literatura, que modelos simplificados da máquina de indução como carga num sistema de potência, traduzem com precisão suficiente seu comportamento. Partindo-se desta premissa desenvolveram-se neste trabalho modelos de ordem reduzida do motor de indução para aplicação em estudos de controle. Os modelos apresentados são de quinta, quarta, terceira e segunda ordens. Para o acompanhamento completo do projeto de controle, funções de transferência são de suma importância. As funções de transferência, quando aplicadas aos modelos desenvolvidos usando formulação de variáveis de estado, permitem através de simulação digital, obter informações de todos os pares entrada-saída que sejam necessários ao projeto. O cálculo das funções de transferência é feito através de dois métodos, um utilizando transformação de variáveis e outro mantendo a formulação de variáveis de estado. / [en] Among the electric machines used in industrial system presently one can highlight the induction motors, not only for its large number but also due to the increasing capacity of such machines. Motors, converter and control circuits can be combined under varied ways highlighting the necessity of an adequate modelling for the system as a whole. Based on information from literature the simplified model of induction machine as a load in a power system permits the study of its behavior with sufficient accuracy. Starting from this concept simplified models of induction motor were developed in this work, for apllication in the control studies. The models showed are fifth, forth, thirth and second order ones. In order to follow completly the desing of control parameters, the Transfer Function are very important. The Transfer Functions when applied to the models developed using state variable formulation permit through the digital simulation obtain information of all the output- input pairs wich are necessary for the design. The calculation of the Tranfer Function is done based on two methods, one using variable tranformation and the other one maintaining the state variable formulation. Transfer Function obtained by the two above mentioned methods, are used to analize the control of a motor- converter system. This control method is applied to the rotor or stator of the machine.

[pt] Este trabalho apresenta uma solução para a estimação da velocidade do motor de indução quando é aplicado um controle vetorial sem sensor sensorless, utilizando o filtro estendido de Kalman com um filtro secundário, inovador, que proporciona os valores ótimos das matrizes de covariância e pode trabalhar em forma on-line. / [en] This work presents a solution to estimate the induction motor drive speed when a sensorless vectorial control is applied employing an extended Kalman Filter with a secundary filter, innovative, which supply the optimal covariance matrix values of the noise and it permit to work online way.

[pt] Discute-se a modelagem de segunda ordem do acionamento por motor de indução de rotor bobinado usando cascata subsíncrona e o controle de velocidade do mesmo. As estratégias de controle habituais são criticadas e propõe-se um controlador PI com realimentação proporcional de corrente. Propõe-se também um algoritmo de projeto considerando as possibilidades de ajustes finais. / [en] The second order modeling and speed control of the Wound Rotor Induction Motor Drive using Subsynchronous Converter Cascade are discussed. The usual control projects is criticized, and a PI controller with current proportional feedback, and also a algorthm for the design with possibilities of final adjustments are presented.

[pt] O controle de velocidade do motor de indução do rotor bobinado, através de uma cascata de conversores estáticos no rotor, conhecido como Sistema Kramer Estático, é considerado um dos melhores acionamentos para motores acima de 500 Hp, devido às suas características de baixo custo inicial, menor complexidade do sistema de conversores e regeneração de energia. Nestas últimas décadas, as pesquisas nesta área se concentraram basicamente na melhoria da estrutura dos conversores estáticos, o projeto de controle recebeu pouca atenção e sua estrutura de controle continuava inspirada no controle do motor de corrente contínua. Em um recente trabalho (1987) foi proposto um controlador PI com realimantação proporcional de corrente no elo c.c. . Contudo, este projeto, como os outros, foram baseados em uma modelagem simples. Nesta dissertação de mestrado, revê-se e critica-se modelagens e projetos de controle existentes, desenvolve- se um modelo de 6ª ordem e propõe-se um projeto de controle que atente às especificações usuais de controle. A estrutura proposta é composta de um regulador de estado mais um observador parcial de estado. Esta estrutura é fisicamente realizável e o seu algoritmo de projeto é simples, claro e direto. Comprova-se que o uso de modelos mais completos e estruturas de controle mais eficazes não implicam em controladores complexos e irrealizáveis. / [en] The speed control of wound rotor induction motor by a static converter cascade (Kramer Static System) is considered one of the best large motor drive (above 500 Hp.) due to its characteristics of low initial cost, less complexity of the converters and energy regeneration. In the last decades, the researches emphasize basicilly the improvement of the converter structure. The control design was almost forgotten and its structure was Kept based on the direct current motor control. In 1987, it was proposed a PI controller with proportional feedback of direct current. But, this last design, like the others, was based on a simple model. In this dissertation, the modellings and control designs are reviewed and criticized. Besides this, a sixth order model is developed and a new control design is proposed in order to solve the usual control requirements. This proposed structure is composed of a state regulator plus a partial state observer. It´s also of easy achievement and its design algolirhm is simple, easy and direct. It´s confirmed that the use of morepowerful control structure doesn´t implacate in complex and unfeasible controller.

[pt] Uma bomba centrífuga, depois de concluída a sua instalação, deve vencer uma elevação constante. A variação da rotação vai alterar diretamente a descarga. Como bomba centrífuga é acionada por motor de indução, a variação da freqüência não acarreta variação proporcional na rotação devido a que a nova rotação implica em outro valor da descarga que somente ocorre com torque diferente do anterior e em conseqüência, o deslizamento deve se ajustar para igualar o torque fornecido pelo motor com o novo torque requerido pela bomba. A análise parte dos estudos que relacionam a descarga com a rotação para relacionar a descarga com a freqüência. / [en] Once installation is concluded, a centrifugal pump should withstand constant head. The variation of rotation directly alters the discharge. Since centrifugal pump operates by induction motor, the variation in frequency does not lead to proporcional variation in rotation due to the new rotation being of another discharge value which only occurs with a different torque. Consequently, the sllep should adjust itself to equalize the torque provided by the motor to the new torque required by the pump. The analisis derives from studies which related the discharge to the rotation in order to relate the discharge to the frequency.

[pt] Os motores de indução são as máquinas mais utilizadas nos acionamentos industriais elétricas devido a sua simplicidade, robustez, maior relação torque/corrente, baixa manutenção, etc. Sua aceitação e aplicação em acionamentos com velocidade variável têm sido possível com o desenvolvimento da eletrônica de potência. Atualmente, muitos acionamentos utilizam diversas técnicas para lograr o controle de velocidade por variação da freqüência da rede de alimentação, sendo que o controle vetorial é o mais comum. O presente trabalho, centra-se no estudo do desenvolvimento do motor de indução sob a aplicação do controle de velocidade, através da análise dos parâmetros necessários para realizar o dito controle na faixa de baixa velocidade, sem sensor de velocidade e/ou de posição. O trabalho inicia-se com o estudo das principais características funcionamento do motor de indução. Em seguida, a partir do modelo matemático do motor de indução, são analisados os diferentes tipos de controle de velocidade, com especial ênfase na variação da velocidade através da variação da freqüência. Finalmente, são estudados os parâmetros e métodos para o controle de velocidade sem sensor. O estudo é validado com diversas simulações realizadas no programa MatLab. / [en] The induction motors are the most commonly used eletric motors in the electrical industrial systems due its simplicity, robustness, greater torque/current ratio, low maintenance, etc. its acceptance and applications in operations with variable speed has been possible with the power electronics development. Currently, most of operations use several techniques to achieve the speed control by variable frequency of the power supply with vectorial control being the most common. The present work is centered in the study and development of the induction drive in speed control application, with the analysis of the necessary parameters to control in low speed band, without speed and/or position sensor. The work starts with the study of main functioning characteristic of the motor. After that, from the mathematical model of the induction motor, different speed control techniques are analyzed, with special emphasis in speed variation with variable frequency. Finally, the parameters and methods for sensor less control are studied. The study is variation with several simulations made Matlab program.

[pt] Este trabalho, relacionado com a área de modelagem de cargas para estudos de estabilidade transitória de sistemas elétricos, tem por objetivo discutir a adequação dos modelos clássicos normalmente utilizados, bem como o aprimoramento e desenvolvimento de representações para cargas com características específicas. Inicialmente, são enfocados os aspectos das representações clássicas de cargas e, através de desenvolvimentos teóricos e estudos computacionais, ressaltadas as adequações destas estratégias ao contexto atual. Reconhecendo algumas limitações quanto às técnicas para a obtenção dos parâmetros de motores de indução, apresenta- se procedimentos sistematizados para o tratamento destes componentes de carga. Tendo em vista a busca da melhoria de modelos e respostas aos questionamentos a respeito da relevância da inclusão dos efeitos da variação da freqüência sobre as cargas e parâmetros da rede, o trabalho prossegue com investigações nesta direção. Objetivando a análise do desempenho dos modelos simplificados de cargas através de funções algébricas, são discutidas as propostas atuais e verificadas suas adequações aos estudos de estabilidade. Finalmente, considerando a importância atual das cargas conversoras estáticas, são desenvolvidos modelos apropriados e realizados os estudos necessários à incorporação de unidades retificadoras em programas de estabilidade. / [en] This work, involved with the load modeling for electrical system transiente stability analysis, aim to discuss the classical load models normally used, and to develop and improve representations of specific types of loads. Initially, aspects concerned with classical load representations are dealt with aiming to evaluate, through theoretical and computational analyses, the current employment of such models. Knowing that the techiques to obtain induction motor parameters are still deficient, this work presents some systematic procedures for the treatment of such loads. Additionally, it continues seeking improvements in electrical system component models and answers to the questions about the need for inclusion of the frequency variation effects on loads and network parameters. Moreover, it takes into account the tendencies of using simplified load models represented by algebraic expressions. Some recent proposals in this area are discussed and tested with a view to acess the perfomance of the models in stability studies. Finally, considering the present importance of static load converters, it is developed the related models and presented the necessary studies to include rectifier units in stability programs.

[pt] Após a incidência de inúmeros colapsos ocorridos nos sistemas de transmissão de energia devido ao uso extremo das linhas de transmissão, a estabilidade, ou mais adequadamente, a segurança de tensão tornou-se um assunto importante os últimos anos. A correta representação de cargas e de dispositivos de controle de tensão é cada vez mais importante na análise de segurança de tensão do sistema elétrico, em função da sua complexidade crescente e da necessidade de ações operativas mais precisas. A avaliação das condições de segurança de tensão é realizada com base em um modelo linearizado das equações de fluxo de carga, incluindo toda e qualquer equação de controle, e os índices resultantes são calculados a partir de um determinado ponto de operação. Em estudos off-line, este ponto é usualmente proveniente do resultado de um problema de fluxo de carga. É importante que os modelos matemáticos do sistema e seus componentes, de controles e de limites sejam compatíveis nos dois programas computacionais. Estuda-se neste trabalho a modelagem em regime permanente, e a incorporação à função de avaliação da segurança de tensão, de cargas do tipo motor de indução e do controle de tensão por faixa através de capacitores chaveáveis. Aspectos fundamentais da presença de motores de indução e capacitores chaveáveis na avaliação da segurança de tensão são apresentados e discutidos. São mostrados exemplos numéricos de avaliação dos índices de estabilidade de tensão que ilustram a necessidade de uma modelagem realista. / [en] After the incidence of innumerable collapses occurred in the energy transmission systems due to the extreme use of the transmission lines, the voltage stability, or more adequately, the voltage security became an important issue in the last years. The correct representation of loads and voltage control devices is important in the analysis of voltage security of the electrical system, due to its increasing complexity and to the necessity of more accurate and secure operative actions. The voltage security assessment is based on a linear model of the load flow equations, including all and any control equation, and the resulting indexes are calculated for a specified operating point. In off-line studies the operating point is usually obtained from a load flow algorithm. It is important that the system and its components mathematical models, control devices and limits are compatible in both computational programs. This work is concerned with the steady state modelling and its incorporation into the voltage security assessment function, of induction motor type loads and band voltage control by switchable capacitors. Fundamental aspects of induction motors and switchable capacitors in the assessment of voltage security are presented and discussed. Numerical examples of voltage stability assessment indexes are presented to illustrate the necessity of realistic modelling.

[pt] Os motores elétricos no Brasil são responsáveis pelo consumo de cerca de 25 porcento de toda a energia elétrica no país e, em sua grande parte, estão presentes na indústria. Estes equipamentos são fabricados para uso em bombas hidráulicas, compressores de ar, elevadores etc., podendo ser comercializados se atenderem aos índices de eficiência mínimos definidos pela Portaria INMETRO/MDIC N488 de 2010, garantindo o seu perfeito funcionamento e o consumo energético adequado. Contudo, alguns estabelecimentos estão comercializando produtos usados recondicionados, não atendendo à regulamentação desta Portaria, além de reformarem motores sem condições de uso. O objetivo desta dissertação é dimensionar e caracterizar o mercado de revenda e manutenção de motores elétricos de indução recondicionados no Brasil, estimando a perda de energia decorrente do recondicionamento incorreto. A metodologia do trabalho pode ser dividida em cinco etapas: estudo do estado da arte de recondicionamento de motores; quantificação de empresas e funcionários por meio de consultas às bases de dados governamentais; pesquisa de campo em amostras de empresas que fazem recondicionamento; extrapolação do estudo conduzido nas amostras para a população de empresas pesquisadas durante a pesquisa de campo; comparação dos resultados com estudos anteriores e dimensionamento das perdas elétricas do Brasil. Como resultado foi caracterizado e dimensionado o mercado de motores recondicionados, contendo: 6.503 empresas; 24,4 mil funcionários; 45 porcento das empresas realizando revenda de recondicionados; 6,9 milhões de motores recondicionados por ano, totalizando 7,46 porcento de perda, equivalentes a 2,9 Terawatt-hora. Além disso, dos 20 milhões de motores existentes no Brasil em 2016 há uma perda de 8,4 Terawatt-hora por uso de motores recondicionados e um grande aumento da venda de motores importados de baixa qualidade. Foram, assim, atingidos todos os objetivos propostos nesta pesquisa, sendo identificadas as novas tendências do mercado de motores brasileiro e gerando subsídios para o desenvolvimento de novas políticas de eficiência energética no país. / [en] Electric motors in Brazil are responsible for the consumption of about 25 percent of all electricity in the country and, being mostly presented in the industry. These equipments are manufactured for being used in hydraulic pumps, air compressors, elevators, etc., and can be commercialized in compliance with the energy efficiency levels defined by INMETRO/MDIC Ordinance N488 of 2010, ensuring adequate energy consumption. However, some establishments are commercializing refurbished motors, not complying with the regulation considered by the Ordinance, including reforming motors without a minimum condition of use. The aim of this dissertation is to evaluate the Brazilian market of refurbished motors, including resale market and maintenance market, estimating the energy losses due to incorrect reconditioning. The methodology of the work can be divided in five steps: state of the art of refurbished motors; quantifying companies and employees by querying the database come from the government; survey on samples of companies that are doing the refurbishing service; extrapolation of the study conducted in the surveyed samples of companies to the population of companies; comparison of results with previous studies and estimating of energy losses in Brazil. As a result, the market for refurbished motors was characterized and dimensioned, containing: 6 503 companies; 24.400 employees; 45 percent of companies performing resale of refurbished motors; 6.9 million motors being refurbished per year, totaling 7.46 percent of energy losses, equivalent to 2.9 TW h. In addition, of the 20 million motors remaining in Brazil in 2016, there is a loss of 8.4 TW h per use of refurbished motors, and a large increase of the sale of low quality imported motors. Thus, all the proposed objectives in this dissertation were achieved, having been identified the new trends in the Brazilian electric motor market and generating subsidies for energy efficiency policies in the country.