Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-01Bitstream added on 2014-06-13T18:49:38Z : No. of bitstreams: 1 oliveira_jea_me_bauru.pdf: 12636194 bytes, checksum: d216e62aabc6e57242fe0c06923a7c5d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O desequilíbrio de tensão nos sistemas elétricos pode provocar problemas indesejáveis na operação de equipamentos, principalmente nos motores de indução trifásicos, devido à importância destes motores em ambientes industriais. A utilização de modelos convencionais para a modelagem destes motores operando com tensões desequilibradas impõe resultados imprecisos e a obtenção de modelos adequados apresenta grande complexidade em função das assimetrias e não linearidades. Neste contexto, a utilização de ferramentas inteligentes, mais especificamente, redes neurais artificiais (RNA), reduz substancialmente a tarefa de modelagem, permitindo sua utilização sob condições de assimetrias e não linearidades. Assim, uma bancada de testes foi montada para a aquisição de dados experimentais de um motor de indução trifásico de 1 CV, 4 polos, 220V/380V, tipo gaiola de esquilo. Os dados coletados foram usados para o treinamento e validação de uma RNA que modela a relação entre as tensões, correntes e a potência no eixo. Os resultados experimentais foram comparados com os obtidos com a RNA e com o modelo dinâmico, e constatou-se que a modelagem por meio de RNA é adequada para descrever matematicamente o comportamento de motores de indução trifásicos operando com tensões desequilibradas / Unbalanced voltages in electrical systems can deteriorate the performance of equipments and cause potential safety hazards and be harmful for the respective applications, especially in the three-phase induction motors, the most common energy receivers in industrial. The analysis of three phase induction motors under supply voltage unbalance condictions using the well-known symmetrical components analysis provide inaccurate results, and correct models are laborious, due to the complex nature of voltage unbalance factor like asymmetries and nonlinearities. In this context, the use of intelligent tools, specifically artificial neural networks (ANN), significantly reduces the modeling task and allowing the use under conditions of asymmetries and nonlinearities. Thus, a workbench tests was buit for testing of the 4 pole, 220V/380V, 1 CV squirrel-cage induction motor. Experimental set up for testing were used to ANN's training and validation. The ANN's model showed the relationship between the voltages, currents and shaft power. The results of experimental investigation and computer calculations (ANN and dynamic model) were compared and the results indicate that the ANN is adequate model that makes it possible to mathematically describe an induction motors operating with unbalanced voltage

Neste trabalho é abordada a estimação de parâmetros de motores de indução trifásicos através de métodos diferentes daqueles normalizados por normas técnicas. Inicialmente é apresentada uma revisão bibliográfica dos principais métodos alternativos encontrados na literatura, onde são discutidas as vantagens e desvantagens de cada um deles. Também é abordado o problema da variação dos parâmetros durante a operação do motor devido a fenômenos como o efeito pelicular e a saturação no ferro. São propostos três métodos de estimação dos parâmetros da máquina de indução trifásica que utilizam apenas medições de tensões e correntes do estator. O primeiro método utiliza a impedância instantânea vista dos terminais do estator na estimação dos parâmetros. O segundo é baseado em ensaios de decaimento, visando a obtenção do valor de regime permanente da constante de tempo do rotor. Já o terceiro método proposto envolve a aplicação do primeiro método em segmentos do conjunto de dados, denominados de janelas móveis, a fim de se obter a variação dos parâmetros com a frequência das tensões e correntes induzidas no rotor. Esta variação ocorre principalmente devido ao efeito pelicular. São apresentados algoritmos para a estimação das grandezas não medidas porém necessárias nos métodos propostos, tais como a velocidade do rotor, fluxo do estator e torque eletromagnético. Também é realizada a estimação dos parâmetros mecânicos do motor. Os três métodos são validados através de simulações e experimentos envolvendo motores de diferentes potências, onde é possível observar os efeitos da variação dos parâmetros. Por fim, a eficácia dos métodos é avaliada através de comparações entre as correntes obtidas da simulação do motor com os parâmetros estimados e as correntes efetivamente medidas durante os ensaios. Observa-se que no caso do motor de baixa potência, admitir a variação dos parâmetros não melhora os resultados. Por outro lado, no caso dos motores de maior potência os erros envolvidos quando se admite variação nos parâmetros com a frequência do rotor é consideravelmente menor do que os erros obtidos através da simulação com parâmetros constantes. / In this work, the estimation of the parameters of three phase induction motor is approached through alternative methods. Firstly, it is presented a literature review of the commonly used methods, where the advantages and disadvantages of each one are discussed. The problem of parameter variation during the motor operation due to phenomena as skin-effect and iron saturation is also discussed. Three methods aiming at the estimation of the induction motors parameters are presented, where only stator voltages and currents measurements are required. The first method uses the instantaneous impedance as seen from the stator terminals for the parameter estimation. The second one is based on deceleration tests, aiming to obtain the steady-state value of the rotor time constant. The third method involves the application of the first method to segments of the data, named moving windows. The objective is to assess the parameter variation with the rotor frequency, mainly due to skin-effect. Algorithms for estimation of quantities such as rotor speed, stator flux and electromagnetic torque are presented. A method to estimate mechanical parameters is also presented. The three methods are validated through simulation and experimental tests with motors of different power. Using the proposed methods, it is possible to observe the parameter variation effects. Finally, the accuracy of the methods is evaluated through comparisons between the stator currents simulated with the estimated parameters and the measured currents. In the case of low power motor, no significant improvement in the results were observed when varying parameters are assumed. On the other hand, in the case of high power motors the errors considering varying parameters with the rotor frequency are considerably lower than those obtained through simulation with constant parameters.

Neste trabalho são propostos métodos para a estimação de parâmetros de motores de indução através do método dos Mínimos Quadrados com medição apenas de tensões, correntes e resistência do estator em um ensaio de partida em vazio. São detalhados os procedimentos para o tratamento dos sinais medidos, além das estimações do fluxo magnético e da velocidade mecânica do motor. Para a estimação dos parâmetros elétricos, são propostos métodos que diferem nos requisitos e no tratamento dos parâmetros como invariantes ou variantes no tempo. Em relação a esse último caso, é empregado um método de estimação de parâmetros por janelas de dados, aplicando um modelo com parâmetros invariantes no tempo localmente em diversas partes do ensaio. São feitas simulações para validar os métodos propostos, e dados de ensaio de três motores de diferentes potências são utilizados para analisar a escala de variação paramétrica durante a partida. É feita uma comparação entre os resultados obtidos com e sem consideração de variação nos parâmetros. / In this work, methods are proposed to estimate the parameters of induction motors through the Least Squares method with the measurement of only voltages, currents and resistance of the stator in a no-load startup test. Procedures are detailed to process the measured signals, as well as to estimate magnetic flux and rotor mechanical speed. In order to estimate the electrical parameters, methods are proposed which differ in their requisites and in the treatment of parameters as time invariant or time-varying. For the latter, a methodology for parameter estimation through data windows is used, applying a model with time invariant parameters locally to different parts of the test. Simulations are made to validate the proposed methodology, and data from tests of three motors with different powers are used to analyze the scale of parameter variation during startup. A comparison is made between the results obtained with and without the consideration of variation in the parameters.

Este trabalho desenvolve a simulação do controle de velocidade de motor de indução com a técnica de controle direto de torque (Direct Torque Control - DTC), sendo executada em um dispositivo lógico programável tipo FPGA (Field Programable Gate Array). A simulação é realizada usando-se dois programas: O MATLAB/Simulink e o ModelSim, sendo que estes dois programas trabalham em modo de co-simulação provida pelo toolbox Link-for-ModelSim do Simulink. Enquanto a dinâmica do motor e do inversor é executada no MATLAB, o algoritmo de controle da estratégia DTC é executada no ModelSim. O algoritmo de acionamento DTC é escrito em linguagem de descrição de hardware VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language - VHSIC HDL) e utiliza a aritmética de ponto flutuante. Os resultados das simulações são apresentados e analisados no final deste trabalho. / This work presents a simulation of induction motor speed control using the technique of direct torque control (DTC), performed in a reprogrammable device type FPGA. The simulation is performed using two programs: MATLAB/Simulink and ModelSim, where these two programs work in a co-simulation mode, provide by Link for ModelSim toolbox from Simulink. While the motor and inverter dynamics is performed in MATLAB, the control algorithm of DTC technique runs in the ModelSim program. The algorithm of DTC drive is written in hardware description language (VHDL) and use the float point arithmetic. The simulation results are presented and analyzed in the end of this work.

O presente trabalho é um estudo comparativo entre a modelagem de motores de indução bifásicos simétricos com o uso da transformação dq0, que é uma modelagem matemática clássica na análise dos motores de indução bifásicos e a modelagem através da teoria do vetor espiral, proposta na década de 80 para os motores de indução trifásicos. A modelagem clássica é apresentada detalhadamente, bem como a modelagem por vetores espirais. Foram realizadas simulações para comparar os resultados entre as diferentes abordagens. / This work is a comparative study between the classic modeling using dq0 transformation and the spiral vector theory applied to study symmetrical two-phase induction machine. The spiral vector theory was proposed by Dr. Sakae Yamamura to study electrical machines in the middle of 1980s. To compare both types of modeling, simulations were performed to solve differential equations.

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T20:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuqueCarcasi_DiodomiroBaldomero_M.pdf: 943595 bytes, checksum: c20084d6cea7e72315ca4292797e783f (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre o comportamento de motores de indução trifásico em regime permanente. Discute-se a validade da utilização do circuito elétrico equivalente do motor nas condições nominais e fora das condições nominais de operação. Ensaios em vazio e com rotor bloqueado são executados em um motor de indução trifásico para a determinação dos parâmetros do circuito equivalente. O ensaio realizado em condições de carga variável dentro de um intervalo usual de operação do motor, em termos de escorregamento, mostra que o circuito equivalente não representa o comportamento da máquina quando esta trabalha fora do ponto nominal de operação, porque os parâmetros não mais o representam bem naquelas situações de operação. As grandezas obtidas nos ensaios em carga variável são adequadamente condicionadas e utilizadas no treinamento de uma rede neural artificial Multi-Layer Perceptron (MLP). Para a validação dessa rede são comparados os resultados obtidos no modelo neural com os testes experimentais do motor de indução trifásico. / Abstract: This thesis presents a study about the steady state behavior of the three-phase induction motor. The validity of the use of the electric equivalent circuit is discussed when it is utilized on the rated conditions and also on any other operating conditions. No-load and the blocked rotor tests are performed on a three-phase induction motor for the determination of the equivalent circuit parameters. The tests run in variable load conditions in a usual interval of operation of the motor, in terms of slip, show that the equivalent circuit does not represent quit well the behavior of the machine when it works out of the rated point, because the parameters do not represent it in those operating condition any more. The magnitudes obtained in the variable load test are conditioned and used in the training of an artificial neural network Multi-Layer Perceptron (MLP). For the validation of the results, the neural model and experimental tests of the induction motor results are compared. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Devido à preocupação com a preservação do meio ambiente, estudos em várias áreas surgiram, inclusive no que diz respeito à qualidade do ar. Dentre as pesquisas encontram-se estudos para o desenvolvimento do veículo elétrico, uma fonte de energia limpa. Para controlar a velocidade, o freio e a reversão do movimento de um motor de indução trifásico utilizado neste tipo de veículo, foram desenvolvidos vários tipos de circuitos geradores de PWM com microcontroladores da família 8051 e PIC. Observando o avanço da tecnologia na fabricação de microcontroladores, o objetivo desta pesquisa foi o desenvolvimento de um circuito com um microcontrolador compatível com a família 8051 para implementação de um controlador de velocidade discreto para obter, além de um desempenho melhor que o alcançado com o circuito já desenvolvido com o microcontrolador 80C31, também minimizar tabelas pré-programadas utilizadas em estudos anteriores a fim de obter um circuito reduzido mantendo baixo custo. O microcontrolador escolhido foi o AT89S4051, que possui apenas 20 pinos, opera com frequências até 24MHz, por programação permite redução do tempo necessário para executar instruções enquanto que o 80C31 possui 40 pinos, opera com frequências até 16MHz e trabalha com tempo fixo para executar instruções. Foram desenvolvidos programas que permitiram a utilização de tabelas pré-programadas reduzidas e o acelerador foi implementado sem o uso de conversor A/D. A simulação permite verificar a reduzida geração de harmônicas da técnica, permitindo a utilização em eletrodomésticos, em que a alimentação é originada da rede pública. / Because of concern about preserving the environment, studies have emerged in several areas, including with regard to air quality. Among the studies are studies for the development of electric vehicle, a clean energy source. To control speed, brake and reverse the motion of a three phase induction motor used in this type of vehicle have been developed various types of circuits that generate PWM with 8051 family microcontrollers and PIC. Noting the advancement of technology in the manufacture of microcontrollers, the objective of this research was to develop a circuit with a microcontroller compatible with the 8051 to implement a speed controller for discrete, and a better performance than that achieved with the circuit already developed with the 80C31 microcontroller, also minimize pre-programmed tables used in previous studies to obtain a small circuit while maintaining low cost. The microcontroller chosen was the AT89S4051, which has only 20 pins, operates at frequencies up to 24MHz, programming allows reducing the time required to execute instructions while the 80C31 has 40 pins, operates at frequencies up to 16MHz and works with a fixed time to execute instructions. Programs were developed that allowed the use of tables and pre-programmed low throttle was implemented without the use of A/D converter the simulation allows to verify the reduced harmonic generation technique, allowing for use in electronics, where power is derived from the public network.

Induction motors are largely used in the industry in our days and the temperature monitoring in these motors is extremely important for their operation. Through this monitoring one can estimate when and how often the maintenance will be performed, adjust the proper protection and identify abnormal operation conditions. In some cases the installation of thermal sensors is not possible due to physical or economical restrictions and the utilization of virtual instrumentation is an option. The following work presents a study for a specific condition where the stator temperature for a generic induction motor in a steady state operation is estimated by using an Artificial Neural Network. The purpose of this study is the evaluation of the applicability of this tool for this specific case and it is the staring point for further studies where the feasibility of a general system can be tested. After simulating the proposed Artificial Neural Network using the backpropagation algorithm it was concluded that this is an applicable method to solve this problem and can be extended to more complex systems. / Os motores de indução são largamente usados em vários setores da sociedade. Entre os setores que mais os utilizam está o setor industrial. Existem vários aspectos a serem considerados na sua operação, entre eles a monitoração da sua temperatura de trabalho. Através desse monitoramento pode-se estimar quando e com que freqüência sua manutenção se faz necessária, condições anormais de funcionamento e também o ajuste de proteções. Em alguns casos a instalação de sensores térmicos não é possível devido a limitações físicas ou econômicas e uma opção é a utilização da instrumentação virtual. O trabalho apresentado faz um estudo de uma dada condição de operação de um motor de indução trifásico cuja temperatura será estimada através de Redes Neurais Artificiais. O objetivo desse estudo é avaliar a aplicabilidade dessa ferramenta para esse caso específico como ponto de partida para estudos futuros, onde a viabilidade da aplicação para sistemas mais generalizados possa ser testada. Após a simulação da Rede Neural Artificial proposta utilizando o algoritmo backpropagation, concluiu-se que é possível aplicar essa metodologia para esse caso e isso indica a possibilidade de aplicá-la em sistemas mais complexos.

Energy efficiency optimization of electric machines is an important research field and is part of the objectives of several international projects such as the European Commission Climate and Energy package which has set itself a 20% energy savings target by 2020, and was extended for 2030 with higher targets. Therefore, this thesis proposes an efficiency optimization method of the Induction Machine (IM) through the variation of the control parameters. To achieve this goal, the flux in the airgap is modified according to an optimal flux table computed off-line for all possible operating points. The flux table is calculated with the best possible accuracy through an improved dynamic model of the IM, developed in these works. The latter avoids the main drawback of the classic dynamic model, by considering the effect of core losses. The core loss model established by Bertotti is used. It depends on the frequency and the amplitude of the magnetic field. The losses are then represented by a variable resistor, continuously evaluated according to the operating point. The established optimal flux table is a function of the operating conditions in terms of torque and speed. Indeed, the results show that the flux can be optimized for torque values less than about half the rated torque, and that this threshold is influenced by the speed. The proposed optimization method is simulated, then tested for the scalar control and the field-oriented control, in order to show the genericity of the proposed approach. The validation is carried on an experimental test bench for two 5.5 kW induction motors of different efficiency standards (IE2 and IE3). The results obtained show the reduction of the losses in the motor, thus an improvement of the overall efficiency while preserving a satisfactory dynamic behavior. Consequently, the optimization of the energy efficiency is validated for the two control structures and for the two studied motors. In addition to the validation of the simulation results, the proposed approach is compared to existing methods to assess its effectiveness

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