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 trabalho aqui apresentado contém um estudo do motor de indução visando o acionamento e controle do mesmo. O trabalho não apresenta, entretanto, as abordagens tradicionais desta matéria como parte principal ou introdutória, mas mostra uma nova abordagem no estudo de máquinas elétricas. Esta abordagem chama-se \"Método de Segregação de Fase Utilizando Vetores Espirais\". Assim o texto cobre de maneira breve, apenas como referência em apêndices, as abordagens conhecidas de modelagem, ou seja, o chamado modelo \"d-q\" generalizado, utilizando as transformações de Park, e o modelo vetorial em coordenadas de campo. Primeiramente é explicado a teoria dos vetores espirais bem como o método de segregação de fase. A seguir é apresentado o Método de Aceleração de Campo, um método vetorial que utiliza entidades e métodos matemáticos já conhecidos de maneira unificada, produzindo assim um modo de se abordar tanto a modelagem quanto o controle de maneira mais poderosa do ponto de vista teórico, pois toda a teoria aqui apresentada está embasada nas variáveis originais da máquina c.a., sem transformações. Todas as partes apresentam simulações dinâmicas das equações, e por isso incluiu-se um apêndice com as listagens dos programas utilizados em seus respectivos ambientes. Tudo isso leva a uma discussão entre os métodos de análise do motor de indução, o que é feito como conclusão deste trabalho. / The work brought out here is a study of the induction motor mathematical modelling having in mind the induction motor torque control. Here is not presented classical modelling as the generalized \"d-q\" model and the vector model with field coordinates as main part of the text neither as introdutory text. They are in appendices as references to the main text. Furthermore this work introduce a new approach in the study of electrical machines and its control. This approach is called \"Phase Segregation Method Using Spiral Vectors\" to be used with the \"Field Acceleration Method\" (FAM). Thus the text content covers at first the spiral vector theory and also the phase segregation method. After that is explained the FAM as a kind of vector control which uses well-known mathematical methods and entities with no transformations, id est, it uses the original variables of the electric a.c. machine. All parts have dinamic simulation of the equations and so are included appendices with program lists used. All this leads to a discussion about the approach showed here and this is done as a conclusion of this text.

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.

As características de desempenho dos motores trifásicos de indução são fundamentais para estudos de viabilidade econômica, tanto para a manutenção como para a substituição por motores que apresentem melhor rendimento, visando à economia de energia. Existem diversos procedimentos para determinar o desempenho das máquinas de indução, no entanto, são procedimentos baseados em ensaios que exigem o desacoplamento mecânico, comprometendo assim a praticidade, sem contar no custo da instrumentação envolvida. Este trabalho apresenta o estudo e implementação de dois métodos distintos para estimar o rendimento de forma pouco intrusiva, método do torque no entreferro e método do circuito equivalente. Nesse último são estudadas duas técnicas, a primeira estima os parâmetros do circuito equivalente por meio de um conjunto de equações definidas pela resolução do modelo da máquina, e a segunda, estima os parâmetros do circuito equivalente por meio de um algoritmo de identificação por mínimos quadrados. Por fim são mostrados os resultados da aplicação das metodologias propostas no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento – LENHS da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, onde então é apresentada uma análise dessas técnicas, considerando os aspectos de precisão e incerteza. / The performance characteristics of three-phase motors are essential for economic feasibility studies, for both maintenance and for replacement by motors that have better efficiency, to save energy. There are several procedures based on tests that require mechanical uncoupling, thereby committing practicality, without counting the cost of the instrumentation involved. This work presents the study and implementation of two different methods to estimate the efficiency in low intrusive order, method of air gap torque and method of equivalent circuit. In the latter, two techniques are studied, the first estimates the equivalent circuit parameters though a set of equations defined by the resolution of the machine model, and second, estimates the equivalent circuit parameters by means of an identification algorithm for least squares. Finally shows the results of applying the proposed methodologies in the Laboratory of Energy Efficiency and Water Sanitation – LENHS in Federal University of Rio Grande do Sul, where it is then presented an analysis of these techniques, considering aspects of precision an uncertainty.

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.

Os motores de indução trifásicos são largamente usados em vários setores da indústria. O dimensionamento da potência adequada de um motor de indução ou assíncrono trifásico, em função do comportamento das cargas acopladas ao eixo, continua em alguns casos impreciso pela falta de conhecimento mais completo do comportamento das cargas. A proposta deste trabalho consiste na utilização de sistemas Fuzzy como uma alternativa aos métodos tradicionais para levantamento do comportamento de carga e, em processos de controle, onde há a necessidade de conhecimento do comportamento do conjugado aplicado ao eixo do motor, enfocando diversos tipos de cargas encontrados em indústrias. Resultados de simulações são apresentados para validar a proposta deste trabalho. / The three phase induction motors are widely used in all industrial sectors. The selection procedure of the motor for a particular application is sometimes inaccurate due to the lack of complete knowledge about the load connected to its shaft. The proposal of this work consists of using Fuzzy system as an alternative tool to the classical methods for extraction of the load behavior and, in control process, where knowledge of the torque behavior applied to the motor shaft are need, focusing several types of loads found in industries. Simulation results are presented to validate the proposal of this work.

As ondulações na corrente do estator e o forte impacto de erros em parâmetros são apontados como desvantagens do controle preditivo finite control-set (FCS) quando aplicado no controle de máquinas elétricas trifásicas. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é propor métodos para aprimorar tanto o desempenho em regime permanente quanto à robustez frente a erros paramétricos do controle preditivo de corrente, conhecido como model predictive current control (MPCC). No presente trabalho são propostas as abordagens MPCC baseada na aplicação de dois e três vetores de tensão durante o mesmo período de controle com intuito de aprimorar o desempenho do controle preditivo de corrente, sem a necessidade de elevar a frequência de amostragem do sistema. Os princípios para escolha dos vetores ótimos e seus respectivos tempos de aplicação são baseados nas expressões para controle desacoplado de torque e fluxo do FOC e no princípio de funcionamento do deadbeat. A robustez paramétrica é garantida por meio de um observador de distúrbios discreto incorporado ao método de controle MPCC. Com a estimação dos impactos causados por variações de parâmetros e dinâmicas não modeladas é possível corrigir os erros dos sistema de controle, mas mantendo-se as suas características transitórias e de regime permanente. Resultados de simulação computacional bem como resultados obtidos em bancada de ensaios experimentais são apresentados para avaliação e comprovação das propostas. / Ripples in the stator current and the strong impact of errors in parameters are pointed as disadvantages of the predictive control when applied in the control of three-phase electric machines. In this context, the objective of this work is to propose methods to improve both the steady-state performance and the robustness against parametric errors of the current predictive control, known as MPCC. In the present work the MPCC approaches are proposed based on the application of two and three voltage vectors during the same control period in order to improve the performance of the current predictive control, without the need to raise the sampling frequency of the system. The principles for choosing the optimal vectors and their respective duration are based on the expressions for FOC method and on the concept of deadbeat operation. In addition, the impact of errors on parameters is minimized by means of a discrete disturbance observer embedded in the MPCC control method. With the estimation of the impacts caused by changes of parameters and not modeled dynamics it is possible to correct the errors of the control system, but keeping their transient and steady state characteristics. Results of computational simulation as well as results obtained in experimental tests are presented for evaluation and proof of the proposals.

Este trabalho apresenta uma estratégia para a estimativa de velocidade do motor de indução trifásico baseada em redes neurais artificiais utilizando medidas de variáveis primárias como tensão e corrente. O uso de motores de indução trifásicos é uma constante em diversos setores industriais e de grande importância no cenário energético nacional. A maioria das metodologias de controle, acionamento e dimensionamento destes motores é fundamentada nas medidas de velocidade no eixo. Entretanto, a medida direta da velocidade compromete o sistema de controle e acionamento diminuindo sua robustez e aumentando o custo de implementação. Resultados de simulação e de ensaios experimentais para validação da proposta são também apresentados. / This work presents an approach to estimate speed in induction motors based on artificial neural networks and using measurement of primary variables like voltage and current. The use of induction motors is very common in many industrial sectors and plays an important role in the national energetic scene. The methodologies used in control, start up and dimensioning of these motors are based on measure of the speed variable. However, the direct measure of this variable compromises the system control and start up of the machine, reducing its robustness and increasing the implementation costs. Simulation results and experimental data are presented to validate the proposed approach.

O objetivo deste trabalho consiste na implementação de arquiteturas de sistema inteligentes em Processadores Digitais de Sinais (DSP) visando, sobretudo, o controle em tempo real de motores de indução trifásicos. Para tanto, propõe-se uma abordagem fuzzy para o controle de velocidade de motores de indução trifásicos baseado na metodologia de ajuste de tensão e freqüência (Volts/Hertz) proveniente de um inversor PWM, de modo que o fluxo no entreferro seja mantido constante. O enfoque principal consiste no desenvolvimento do sistema de controle em hardware considerando o estudo dinâmico do controlador frente às variações de conjugado de carga, cujo desempenho da metodologia proposta será avaliado mediante simulações computacionais e ensaios experimentais realizados em laboratório. / The objective of this work consists of the implementation of intelligent system architecture in Digital Signal Processor (DSP) aiming at the real-time three-phase induction motor control. Therefore, a fuzzy logic speed control drive system for three-phase induction motor is proposed, whereas the control methodology is based on voltage and frequency (Volts/Hertz) adjustment of a PWM inverter so that the airgap flux maintains constant. The main focus concerns about hardware development of the control system considering the controller dynamic response study in relation to load torque variations, from which the proposed methodology performance is evaluated by means of computational simulation and experimental results obtained in laboratory.