O presente trabalho investiga a obtenção dos parâmetros elétricos e mecânicos de um motor de indução trifásico com rotor em gaiola, através da análise da potência reativa e das condições de transitório de partida. Através de análise teórica do motor operando em regime, obtém-se um conjunto de relações, que envolve o valor da potência reativa num determinado estado de operação e os parâmetros elétricos do motor. Baseado nestas relações, é definido um funcional quadrático envolvendo valores da potência reativa, obtidos para diversos pontos de operação. Um algoritmo de minimização fornece os parâmetros procurados. A realização de ensaios de partida, e aquisição de variáveis durante o transitório possibilita a determinação dos parâmetros mecânicos do motor pela utilização de um método dos mínimos quadrados recursivo. Para a execução destes métodos, foi implementado hardware e investigado um algoritmo, que permitem aquisições digitais e automatizadas das tensões e correntes de fase e também da velocidade do motor. Os procedimentos de validação do método, bem como dos parâmetros obtidos são baseados em comparações do comportamento real e simulado relativos a um ensaio de partida do motor. Neste tópico foram também discutidos a influência do efeito Pelicular sob determinados parâmetros. / This work investigates the obtention of the electrical and mechanical parameters of a squirrel-cage induction motor. Two methods of identification are studied: The reactive power method is used to determine the electrical parameters and one method of acceleration on a start-up test to find the mechanical ones. The method of reactive power is developed through the analisys of machine steady state operation. In this analisys, a realtionship among the electrical parameters and the reactive power is obtained. A minimization algorithm is used to determine the parameters based on this relationship. The acceleration method uses an aquisition of the transient variables, which are used in a recursive least square method furnishing the mechanical parameters. Both of the methods are implemented on a special hardware and software system, composed with sensors and A/D boards that make a digital aquisition of voltage, current and speed values. The validation procedures for the method and parameters are based on comparisons between the real and simulated evaluation of the dynamical behavior of the motor in a start up test. Here, it was also dicussed the Skin-effect influence over some of the motor parameters.

Esta dissertação analisa a viabilidade de reduzir custos de implantação de microcentrais hidrelétricas, com o emprego de equipamentos de mercado como alternativa aos que são tradicionalmente empregados. A exposição é efetuada em três etapas, construída de maneira a fornecer subsídios para que pessoas não especialistas possam atuar no processo de implementação de aproveitamentos hidrelétricos de pequeno porte. Em primeiro lugar, em caráter introdutório, é caracterizado o conjunto de opções atualmente disponíveis no mercado, entre os equipamentos eletromecânicos, para geração de energia por meios hídricos. Na segunda etapa são apresentadas alternativas que proporcionam reduções nos custos, são tecidas considerações sobre o uso destes equipamentos e é efetuado um estudo experimental sobre geração assíncrona independente. Os equipamentos de mercado considerados, as bombas centrífugas e os motores de indução (ambos utilizados em modo reverso), são produzidos em grande número, com economia de escala, o que garante facilidades nos processos de instalação, operação e manutenção, e são robustos e resistentes, o que favorece a aplicação em locais de difícil acesso. Também foram consideradas as turbinas Michell- Banki que, mesmo não sendo produzidas com economia de escala, são de construção e operação fáceis e apresentam custos reduzidos. O estudo experimental, realizado no LME da UFRGS, teve por objetivo determinar as características de funcionamento de motores de indução como geradores, preenchendo uma lacuna existente nas informações sobre o comportamento dessas máquinas e fornecendo subsídios para o estabelecimento de metodologias de controle de tensão e freqüência. A terceira e última etapa, conclusiva, consiste em um rápido estudo de viabilidade, onde é efetuada uma comparação de custos e é demonstrada a extensão dos benefícios obteníveis com o emprego das alternativas consideradas. Os equipamentos analisados, em sua totalidade, proporcionam reduções nos custos, que em alguns casos podem ser de até 80% do investimento que seria originalmente comprometido com equipamentos tradicionalmente empregados. Apesar do sistema de controle não ser trivial e de proporcionarem, em média, menores valores de rendimento, o menor capital inicial representa grande incentivo à utilização das alternativas apresentadas. As propostas analisadas podem ser empregadas tanto para viabilizar o fornecimento de energia em áreas remotas quanto para estimular a autoprodução (em funcionamento interligado), com a possibilidade de venda da energia excedente às concessionárias; em ambos os casos, a instalação de uma microcentral hidrelétrica pode incentivar a mobilização de recursos produtivos e a criação de oportunidades econômicas junto à comunidade consumidora. / This dissertation analyses the feasibility of reduce costs of micro hydro plants with the utilization of market equipments instead of ‘traditional equipments’. The exposition is realized in three stages, and is build with the purpose of provide non specialists with subsidies to participate in the process of implementation of micro hydro plants. First, as an introduction, the set of market options (among electromechanical equipments) for electricity generation by means of hydro schemes is described. Second, the alternatives that provides costs reduction are presented, some considerations on the use of these equipments are made and an experimental study about self excited induction generation are described. The market equipments analysed, centryfugal pumps and induction motors (both utilizated in reverse mode), are produced in great number and are readily available, with facilities in instalation, operation and maintainance, and they are stout and resistent, making them suitable to isolated places. The Michell-Banki turbines are considered too, since they present characteristics of simple construction and operation and reduced costs. The experimental study realized in LME/UFRGS had as objetive the determination of performance characteristics of induction motors operated as self excited generators, supplying a gap in the subject and providing subsidies to the determination of methodologies for voltage and frequency control. The third and conclusive stage consists in a short feasibility study, where a comparison of costs is realized and the extension of obtainable benefits is demonstrated. The analysed equipments provides costs reduction in all cases, with magnitudes of the order of until 80% of the investment with ‘traditional equipments’. The control system are not trivial and the efficiency are smaller than the efficiency of the ‘traditional equipments’, but the minor initial investments represents a great incentive for utilization of presented alternatives. The analysed proposals could be used to viabilize energy generation in isolated places and to stimulate interconnected operation, with the possibility of exceeding energy sale to public energy companies. In both cases, the implantation of hydro plants could be an incentive to the mobilization of produtive resources and the development of economic opportunities close to the consumer community.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study of a sensorless speed servomechanism using threephase induction motors. The aim is to investigate the performance of a specific control technique when different load variations or torque disturbances are applied. In order to determine the control technique to be used, first a review of the state-of-the-art of control and speed estimation techniques with their characteristics and limitations. The proposed sensorless induction motor servomechanism uses indirect fieldoriented control (IFOC), a technique based on feedback linearization control (FLC), which is often used in nonlinear systems. This control system comprises three basic controllers: flux control, speed control and current control. To implement IFOC, estimates of torque and speed are required. Speed is estimated using an adaptive reference algorithm of reactive power. The resulting estimated is processed in a Kalman filter, which is also used for torque estimates. A number of simulations using the Matlab® software package and experimental results using on DSP TMS320F2812 platform are presented here to verify the performance of the proposed control system in conditions of low speeds and load variations. / Este trabalho apresenta um estudo de um servomecanismo sensorless usando motores de indução trifásicos. Objetiva-se o estudo do desempenho de uma técnica de controle frente a variações de torque de carga ou distúrbios de torque. Para a determinação da técnica de controle, inicialmente, é realizado um estudo sobre o estado da arte das técnicas de controle e estimação da velocidade, apresentando suas características e suas limitações. O servomecanismo de motor de indução sensorless proposto utiliza uma técnica de controle de campo orientado indireto (IFOC). Sua formulação é realizada através da estratégia de controle realimentado linearizado (FLC feedback linearization control) típica de sistemas não-lineares. Este sistema de controle é composto por três controladores: controlador de fluxo, controlador de velocidade e controlador de correntes. Para sua implementação são necessários as estimativas de torque e velocidade. A estimativa de velocidade é computada através de um modelo de referência adaptativo da potência reativa. Este valor estimado é filtrado pelo filtro de Kalman o qual também é utilizado na estimativa do torque. No desenvolvimento deste trabalho, resultados de simulações utilizando o software Matlab® e experimentais em plataforma DSP TMS320F2812 são apresentados. A partir destes resultados, averiguou-se o desempenho do sistema de controle proposto, em condições de baixas velocidades e perante variações de torque de carga.

Apesar do grande interesse no comportamento dinâmico das cargas, existe uma lacuna em investigações considerando o seu desempenho transitório, quando alimentadas por linhas de transmissão e a rejeição de carga ocorre com a abertura dos disjuntores do lado fonte, causando sobretensões temporárias. Este trabalho analisa as sobretensões temporárias causadas por este evento em uma carga de grande porte, constituída por motores síncronos e assíncronos, que pode operar parte do tempo somente com motores assíncronos. Para tanto, foi desenvolvido um modelo de motor de indução, segundo uma trnsformaçãoos eixos direto e de quadratura, com a finalidade de validar e efetuar comparações com o modelo existente no programa ATP. Dos vários testes de validação realizados e de posse de modelos confiáveis de máquinas, principalmente para os motores de indução, foram examinadas diversas situações operativas, com o programa ATP, procurando investigar as solicitações dielétricas em equipamentos e sobre-excitação de transformadores, quando a linha de transmissão opera com e sem compensação reativa. Dessa análise pode-se obter um panorama do risco operativo em diferentes cenários, verificando-se a necessidade de compensação reativa da linha. / In spite of the great interest in the dynamic behavior of loads, there is a gap in investigations considering their transient performance, when they are fed by transmission lines and a load rejection occurs with the tripping of the breakers of the source side, causing temporary overvoltages. This paper analyzes the temporary overvoltages caused by this event in a large load, constituted by synchronous and asynchronous motors, that can operate part of the time only with asynchronous motors. Therefore, a model of induction motor was developed, according to the direct and quadrature axes transformation, with the purpose to validate and make comparisons with the existent model in the ATP program. From several validation tests and using reliable machine models, mainly for the induction motors, some operative conditions were examined with the ATP program, trying to investigate equipment dielectric stresses and over-excitation of transformers, when the transmission line operates with and without reactive compensation. From this analysis it can be obtained an overview of the operative risk in different sceneries, being verified the need of reactivate compensation of the line.

Atualmente o campo de trabalho de servodispositivos de velocidade variável foi aberto a máquinas AC devido fundamentalmente aos avanços da tecnologia de dispositivos de conversão de freqüência estáticos. Dada à robustez, confiabilidade e custo do motor de indução é indubitável a perspectiva de trabalho e aplicação deste dispositivo na indústria, entretanto sua complexa dinâmica ainda é motivo de relevantes estudos teóricos. Inicialmente o presente trabalho apresenta uma detalhada descrição da dinâmica do motor de indução, mediante sua completa modelagem matemática, e assim são obtidos os modelos atualmente utilizados na literatura especializada, mais precisamente são determinados os modelos em coordenadas de estator e fluxo do rotor. Na seqüência, a teoria do controle de campo orientado é estudada. A importância da escolha correta da estratégia de controle e as principais vantagens de servodispositivos deste tipo também são analisadas. Na prática, a estimação do vetor de fluxo do rotor a partir de suas variáveis terminais (velocidade e variáveis elétricas do estator) constitui um passo importante em uma implementação viável do controle de campo orientado. Nesse sentido a avaliação do desempenho dos principais estimadores de fluxo é efetuada neste trabalho, assumindo-se condições realistas de operação, exibindo variações paramétricas, ruído de medida e operação em baixas velocidades. A medida de desempenho é baseada nas seguintes características: comportamento transitório, acurabilidadde estática, robustez a ruído, habilidade para tratar variações paramétricas e simplicidade de projeto. As estimativas de fuxo são empregadas em uma malha de controle vetorial tipo direto, que constitui sua principal aplicação. No método de controle de campo orientado, sensores de posição ou velocidade devem ser empregados. Entretanto, estes transdutores rotacionais às vezes não podem ser montados devido ao tipo de aplicação, por exemplo, ambientes de trabalho inadequados e altas velocidades de operação. No presente trabalho são também propostos dois sistemas de estimação de fluxo baseados na identificação simultânea da velocidade do motor e da resistência do rotor. Considerações sobre persistência de sinal e diferentes condições de operação são realizadas na avaliação do desempenho destes sistemas.

Apesar do grande interesse no comportamento dinâmico das cargas, existe uma lacuna em investigações considerando o seu desempenho transitório, quando alimentadas por linhas de transmissão e a rejeição de carga ocorre com a abertura dos disjuntores do lado fonte, causando sobretensões temporárias. Este trabalho analisa as sobretensões temporárias causadas por este evento em uma carga de grande porte, constituída por motores síncronos e assíncronos, que pode operar parte do tempo somente com motores assíncronos. Para tanto, foi desenvolvido um modelo de motor de indução, segundo uma trnsformaçãoos eixos direto e de quadratura, com a finalidade de validar e efetuar comparações com o modelo existente no programa ATP. Dos vários testes de validação realizados e de posse de modelos confiáveis de máquinas, principalmente para os motores de indução, foram examinadas diversas situações operativas, com o programa ATP, procurando investigar as solicitações dielétricas em equipamentos e sobre-excitação de transformadores, quando a linha de transmissão opera com e sem compensação reativa. Dessa análise pode-se obter um panorama do risco operativo em diferentes cenários, verificando-se a necessidade de compensação reativa da linha. / In spite of the great interest in the dynamic behavior of loads, there is a gap in investigations considering their transient performance, when they are fed by transmission lines and a load rejection occurs with the tripping of the breakers of the source side, causing temporary overvoltages. This paper analyzes the temporary overvoltages caused by this event in a large load, constituted by synchronous and asynchronous motors, that can operate part of the time only with asynchronous motors. Therefore, a model of induction motor was developed, according to the direct and quadrature axes transformation, with the purpose to validate and make comparisons with the existent model in the ATP program. From several validation tests and using reliable machine models, mainly for the induction motors, some operative conditions were examined with the ATP program, trying to investigate equipment dielectric stresses and over-excitation of transformers, when the transmission line operates with and without reactive compensation. From this analysis it can be obtained an overview of the operative risk in different sceneries, being verified the need of reactivate compensation of the line.

Orientador: Carlos Eduardo Capovilla / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2014

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major em Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Este trabalho tem por objetivo apresentar e discutir alguns modelos desenvolvidos para a avaliação do impacto de motores de indução trifásicos nas redes de distribuição de energia elétrica partindo de seus dados de placa e utilizando algoritmos evolutivos para o cálculo dos parâmetros elétricos do circuito equivalente do motor. A discussão é de fundamental importância, na medida em que as distorções na onda de tensão impactam diretamente na qualidade do suprimento promovida por uma concessionária de energia elétrica, a qual deve fornecer aos seus consumidores uma tensão puramente senoidal, com amplitude e frequência constantes. Destaca-se a importância da representação de alguns aspectos específicos na avaliação do impacto de motores trifásicos na rede de distribuição. Por exemplo, a representação correta dos motores de indução na sua partida permitirá a identificação de afundamentos momentâneos de tensão tanto em pontos da rede secundária quanto da rede primária. Este trabalho apresenta o modelo de representação do motor de indução e dos elementos constituintes das redes de baixa e média tensão, incluindo os transformadores de distribuição, que possibilitam a análise do impacto desta carga perturbadora em toda a cadeia da rede, partindo-se do ponto de ligação do equipamento e analisando-se, dependendo do caso, a rede secundária, transformador de distribuição, rede primária e subestação de distribuição. Com o módulo computacional desenvolvido a partir da metodologia proposta neste trabalho, foi possível propor critérios bem definidos para avaliar se a partida de motores causa algum prejuízo para a rede de baixa tensão e/ou aos demais consumidores. Foi apresentado um método detalhado e um método expedito que permitem avaliar a viabilidade da instalação de um motor em uma determinada barra dependendo de sua potência, da potência nominal do transformador de distribuição e da sua distância até o transformador. Os critérios e os métodos estabelecidos neste trabalho constituem-se em uma proposta de regulamentação para o acesso de motores de indução à rede de baixa tensão e representam a segunda grande contribuição deste trabalho. / Much research is currently being conducted on the subject of Power Quality in electrical systems. This stems from the widespread use of polluting devices that introduce distortions on voltage waveforms so these become increasingly different form pure sinusoidal. At the same time, there has also been an increase on the use of sensitive equipment that cannot operate properly when fed by a non-sinusoidal source. This work focuses on the development of a few models aimed at evaluating the impact of electrical motors on electricity distribution networks. Motors have a direct impact on the quality of electrical energy provided to the networks customers, mainly owing to voltage sags during the motors startup. A detailed representation of all components (motors, primary circuits, distribution transformers and secondary circuits) has been developed. This allows a precise identification of critical points of the distribution system as to voltage sags. The first important contribution of this work refers to the computation of the motors equivalent circuit from its rated data using evolutionary algorithms. With these models, two different methods for evaluating the impact of the connection of a motor at a given load point were developed. These methods take into account the motors rated power, the distance between the distribution transformer and the load point, and the transformers rated power. The methods constitute a proposal for a regulatory framework within this subject, and they represent the second major contribution of this work.

Este trabalho visa desenvolver um conjunto de técnicas com o intuito de determinar os vários parâmetros que compõem o modelo do motor de indução de gaiola, de forma a realizar o autocomissionamento desse motor para aplicações em sistemas de acionamento elétricos de campo orientado pelo método direto. Os procedimentos utilizados visam estabelecer e fornecer boa autonomia ao processo de autocomissionamento, objetivando o seu uso na melhoria do desempenho de sistemas de acionamento já em uso na indústria. A proposta mais significativa é a de eliminação do sensor de velocidade, tornando o autocomissionamento independente de transdutores eletromecânicos, através do uso de métodos estimação baseados na tecnologia de Sistema Ajustável pelo Modelo de Referência. Esse procedimento viabiliza um autocomissionamento sem uso de sensores externos acoplados ao eixo mecânico da máquina. Para evitar o uso de valores absolutos, o que tornaria o trabalho dirigido para aplicações genéricas, todas as equações significativas foram escalonadas, tornando-as próprias para uso específico em sistemas microprocessados, microcontrolados ou com processadores digitais de sinais. Diversos ensaios foram efetuados para a determinação dos principais parâmetros, utilizando-se o processador digital de sinais TMS320F240. Todos os procedimentos para a determinação experimental dos parâmetros foram simulados previamente, assim como a identificação da velocidade necessária para a determinação do momento de inércia do conjunto máquina e carga.