Este trabalho propõe uma abordagem baseada em redes neurais artificiais para estimar a velocidade do motor de indução aplicado no controle escalar a laço fechado. Os motores de indução têm grande importância nos mais diversos setores industriais por sua robustez e baixo custo. Assim, quando a carga acoplada ao eixo necessita do controle de velocidade, parte das estratégias de controle e acionamento são baseadas na estimativa de velocidade do eixo do motor. A medida direta da velocidade diminui a robustez comprometendo o sistema de acionamento e controle bem como o aumento do custo de implementação. A proposta deste trabalho consiste em apresentar uma metodologia alternativa às tradicionais para estimativa de velocidade do motor de indução trifásico acionado por um inversor fonte de tensão utilizando modulação espacial vetorial na estratégia de controle escalar. Resultados de simulação e experimentais são apresentados para validar o método proposto com o motor submetido a variações de velocidade e torque de carga, os quais demostraram ser bem promissores. / This work proposes an artificial neural network approach to estimate the induction motor speed applied in a closed-loop scalar control. The induction motor has a great importance in many industrial sectors for the robustness and low cost. Thus, when the load coupled to the axis needs speed control, some of the drive and control strategies are based on the estimated axis speed of the motor. The direct measurement of this quantity reduces its robustness, compromises the driver system and control as well as it increases the implementation cost. The propose of this work is to present an alternative methodology for speed estimate of three phase induction motor driven by a voltage source inverter using space vector modulation in the scalar control strategy. Simulation and experimental results are presented to validate the performance of the proposed method under motor load torque and speed reference set point variations, which show very promising.

Thesis (MTech (Electrical Engineering))--Cape Peninsula University of Technology, 2012. / Electric motors consume over 60% of the world's generated electricity. In South Africa approximately 65% of the energy generated is consumed by electric motors (Niekerk, 2009). About 95% of motors in use in South Africa are Standard-Efficient Motors (SE-motors) that operate at an average efficiency of 84% to 90%, depending on the size of the motor and the load driven by them. High-Efficient motors (HE-motor) run at an efficiency of 2% to 8% higher than that of SE-motors. In recent years, a drive to replace SE-motors with HE-motors has been promoted for the purpose of Demand Side Management (DSM). The rationale of using HE-motors as a tool of DSM is to harness a small difference in operating efficiency per motor, which can result in a huge reduction in electricity consumption, depending on the number of HE-motors that will replace SE-motors. Reducing the demand for electricity is the key driving factor for DSM in South Africa, so as to relieve the already stressed power generation capacity. Other consequential factors of DSM are to reduce the amount of pollutant gases emitted into the atmosphere. To the electricity users DSM will be a great incentive, as reduced consumption of electricity will decrease the amount of money spent on electricity. Much has been written on the ability of HE-motors to reduce electricity consumption, cost of electricity and global pollution. ESKOM has even demonstrated the faith they have in these motors by giving rebates to motor users who are willing to exchange their existing SE-motors with new HE-motors. The rebates are paid by ESKOM through a newly established DSM program. However, it must be mentioned that savings through HE-motors is not a perfect guarantee. HE-motors have inherent design limitations that may inhibit the saving of energy. To achieve higher efficiency, HE-motors are designed to operate on a smaller slip that consequently increases their speed compared to that of SE-motors (Cheek et al., 1995). Higher rotor speed impacts energy saving abilities of HE-motors when they are used to drive fans, pumps and compressors, normally referred to as centrifugal loads. An increase in speed results in a proportional increase in flow. Power consumed by a motor goes up as a cube of the speed, and the flow rate increases linearly with speed. Motor loads in the petrochemical industry are generally centrifugal, and that is why this thesis focuses on refineries.

CAPES; Fundação Araucária / Este trabalho apresenta a proposta de servomecanismos de velocidade sem o uso de sensores mecânicos (sensorless) utilizando motores de indução trifásicos. É realizada a comparação e proposição de técnicas para estimação de velocidade rotórica, analisando o desempenho em diferentes condições de velocidade e de carga. Para a determinação da técnica de controle, inicialmente, é realizada uma análise da literatura das principais técnicas de controle e estimação de velocidade utilizadas, apresentando suas características e limitações. A técnica proposta para o servomecanismo de velocidade sensorless com motor de indução utiliza controle de campo orientado indireto (IFOC), composto de quatro controladores do tipo proporcional-integral (PI): controlador de fluxo rotórico, controlador de velocidade e controladores de corrente no eixo direto e em quadratura. Como o foco principal do trabalho está na malha de controle de velocidade, foi implementado no Matlab® o algoritmo de mínimos quadrados recursivo (RLS) para identificação dos parâmetros mecânicos, tais como: momento de inércia e coeficiente de atrito. Com isso, os ganhos do controlador da malha externa de velocidade podem ser auto ajustados para compensar eventuais variações dos parâmetros mecânicos. Para a estimação de velocidade são analisadas as técnicas: MRAS por fluxos rotóricos, MRAS por força contra eletromotriz (fcem), MRAS por potência reativa instantânea, escorregamento, phase locked-loop (PLL) e modos deslizantes. É apresentada uma proposição de estimação de velocidade baseada em modos deslizantes, onde é realizada uma modificação na estrutura do observador de fluxo rotórico. Para avaliação das técnicas são realizadas análises teóricas no ambiente de simulação de Matlab® e experimentais na plataforma de acionamentos de máquinas elétricas. O DSP TMS320F28069 foi utilizado para implementação experimental das técnicas de estimação de velocidade e verificação do desempenho das mesmas em uma larga faixa de velocidade, incluindo inserção de carga. A partir dessa análise é realizada a implementação em malha fechada controle de velocidade sensorless com estrutura IFOC. Os resultados demonstraram a real possibilidade de substituição de sensores mecânicos pelas técnicas de estimação propostas e analisadas. Dentre estas, o estimador baseado em PLL demonstrou o melhor desempenho em diversas condições, enquanto a técnica baseada em modos deslizantes apresenta boa capacidade de estimação em regime permanente e robustez a variações paramétricas. / This study presents a proposal of speed servomechanisms without the use of mechanical sensors (sensorless) using induction motors. A comparison is performed and propose techniques for pet rotor speed, analyzing performance in different conditions of speed and load. For the determination of control technique, initially, is performed an analysis of the technical literature of the main control and speed estimation used, with their characteristics and limitations. The proposed technique for servo sensorless speed induction motor uses indirect field-oriented control (IFOC), composed of four controllers of the proportional-integral type (PI): rotor flux controller, speed controller and current controllers in the direct and quadrature shaft. As the main focus of the work is in the speed control loop was implemented in Matlab the recursive least squares algorithm (RLS) for identification of mechanical parameters, such as moment of inertia and friction coefficient. Thus, the speed of outer loop controller gains can be self adjusted to compensate for any changes in the mechanical parameters. For speed estimation techniques are analyzed: MRAS by rotóricos fluxes MRAS by counter EMF, MRAS by instantaneous reactive power, slip, locked loop phase (PLL) and sliding mode. A proposition of estimation in sliding mode based on speed, which is performed a change in rotor flux observer structure is displayed. To evaluate the techniques are performed theoretical analyzes in Matlab simulation environment and experimental platform in electrical machinery drives. The DSP TMS320F28069 was used for experimental implementation of speed estimation techniques and check the performance of the same in a wide speed range, including load insertion. From this analysis is carried out to implement closed-loop control of sensorless speed IFOC structure. The results demonstrated the real possibility of replacing mechanical sensors for estimation techniques proposed and analyzed. Among these, the estimator based on PLL demonstrated the best performance in various conditions, while the technique based on sliding mode has good capacity estimation in steady state and robustness to parametric variations.

CAPES; Fundação Araucária / Este trabalho apresenta a proposta de servomecanismos de velocidade sem o uso de sensores mecânicos (sensorless) utilizando motores de indução trifásicos. É realizada a comparação e proposição de técnicas para estimação de velocidade rotórica, analisando o desempenho em diferentes condições de velocidade e de carga. Para a determinação da técnica de controle, inicialmente, é realizada uma análise da literatura das principais técnicas de controle e estimação de velocidade utilizadas, apresentando suas características e limitações. A técnica proposta para o servomecanismo de velocidade sensorless com motor de indução utiliza controle de campo orientado indireto (IFOC), composto de quatro controladores do tipo proporcional-integral (PI): controlador de fluxo rotórico, controlador de velocidade e controladores de corrente no eixo direto e em quadratura. Como o foco principal do trabalho está na malha de controle de velocidade, foi implementado no Matlab® o algoritmo de mínimos quadrados recursivo (RLS) para identificação dos parâmetros mecânicos, tais como: momento de inércia e coeficiente de atrito. Com isso, os ganhos do controlador da malha externa de velocidade podem ser auto ajustados para compensar eventuais variações dos parâmetros mecânicos. Para a estimação de velocidade são analisadas as técnicas: MRAS por fluxos rotóricos, MRAS por força contra eletromotriz (fcem), MRAS por potência reativa instantânea, escorregamento, phase locked-loop (PLL) e modos deslizantes. É apresentada uma proposição de estimação de velocidade baseada em modos deslizantes, onde é realizada uma modificação na estrutura do observador de fluxo rotórico. Para avaliação das técnicas são realizadas análises teóricas no ambiente de simulação de Matlab® e experimentais na plataforma de acionamentos de máquinas elétricas. O DSP TMS320F28069 foi utilizado para implementação experimental das técnicas de estimação de velocidade e verificação do desempenho das mesmas em uma larga faixa de velocidade, incluindo inserção de carga. A partir dessa análise é realizada a implementação em malha fechada controle de velocidade sensorless com estrutura IFOC. Os resultados demonstraram a real possibilidade de substituição de sensores mecânicos pelas técnicas de estimação propostas e analisadas. Dentre estas, o estimador baseado em PLL demonstrou o melhor desempenho em diversas condições, enquanto a técnica baseada em modos deslizantes apresenta boa capacidade de estimação em regime permanente e robustez a variações paramétricas. / This study presents a proposal of speed servomechanisms without the use of mechanical sensors (sensorless) using induction motors. A comparison is performed and propose techniques for pet rotor speed, analyzing performance in different conditions of speed and load. For the determination of control technique, initially, is performed an analysis of the technical literature of the main control and speed estimation used, with their characteristics and limitations. The proposed technique for servo sensorless speed induction motor uses indirect field-oriented control (IFOC), composed of four controllers of the proportional-integral type (PI): rotor flux controller, speed controller and current controllers in the direct and quadrature shaft. As the main focus of the work is in the speed control loop was implemented in Matlab the recursive least squares algorithm (RLS) for identification of mechanical parameters, such as moment of inertia and friction coefficient. Thus, the speed of outer loop controller gains can be self adjusted to compensate for any changes in the mechanical parameters. For speed estimation techniques are analyzed: MRAS by rotóricos fluxes MRAS by counter EMF, MRAS by instantaneous reactive power, slip, locked loop phase (PLL) and sliding mode. A proposition of estimation in sliding mode based on speed, which is performed a change in rotor flux observer structure is displayed. To evaluate the techniques are performed theoretical analyzes in Matlab simulation environment and experimental platform in electrical machinery drives. The DSP TMS320F28069 was used for experimental implementation of speed estimation techniques and check the performance of the same in a wide speed range, including load insertion. From this analysis is carried out to implement closed-loop control of sensorless speed IFOC structure. The results demonstrated the real possibility of replacing mechanical sensors for estimation techniques proposed and analyzed. Among these, the estimator based on PLL demonstrated the best performance in various conditions, while the technique based on sliding mode has good capacity estimation in steady state and robustness to parametric variations.

Este trabalho avalia a aplicação de inversores de freqüência realizada em estações elevatórias de água tratada da cidade de São José dos Campos que são monitoradas pelo Centro de Controle Operacional da Sabesp. Foram estudadas as características técnicas de quatro sistemas de bombeamento que operam com velocidade variável. O trabalho apresenta uma proposta de metodologia para a seleção de inversores de freqüência, com base na metodologia recomendada pelo EUROPUMP e HYDRAULIC INSTITUTE (2004) aplicada em quatro sistemas da cidade de São José dos Campos. Essa proposta de metodologia foi executada através da avaliação seqüencial de um fluxograma e da análise gráfica das informações instantâneas e históricas dos parâmetros de vazão, pressão e freqüência de rotação, existentes no banco de dados dos servidores de supervisão e controle do Centro de Controle Operacional de São José dos Campos. Após a aplicação dessa metodologia, conclui-se que, a aplicação de inversores de freqüência nos sistemas estudados estava adequada e recomenda-se a sua aplicação em sistemas de bombeamento semelhantes. / The main purpose of this work is to evaluate the application of Variable Frequency Drives ? VFD, carried out in water pumping stations managed by SABESP ? Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo, located in the city of Sâo José dos Campos that are monitored by the Operational Control Center ? O.C.C. Technical characteristics of four pumping systems were studied, mainly those operating with fixed or changeable speed. It proposes a new methodology for VFD selection, based on the methodology recommended by EUROPUMP and HYDRAULIC INSTITUTE (2004), used on the systems mentioned before. This proposal of methodology were done using instantaneous and historical information of flow, pressure and rotation frequency parameters stored on data base installed on supervision and control servers installed. After this application, we also concluded that the use of VFD on the evaluated systems was correct and through this we recommend its use on similar pumping systems.

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-21T11:58:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_ValmirMachado_M.pdf: 3590571 bytes, checksum: 64d5729c458a96919ef78024257af6a4 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Esta dissertação tem o objetivo de determinar um modelo matemático para o motor de indução bifásico assimétrico com os enrolamentos de estator conectados em T e investigar algumas propriedades tais como aceleração livre, característica estática conjugado-velocidade e as correntes em regime permanente. Este motor é projetado para ser alimentado a partir de duas fases e do neutro, e requer um valor particular para a relação de espiras entre os enrolamentos do estator. Inicialmente, uma transformação de variáveis é realizada com a finalidade de encontrar um motor equivalente que não possua nenhum ponto condutivo comum entre os enrolamentos e que apresente a mesma fm.m do motor original. Fazendo uso do conceito de circuitos acoplados são obtidas as equações básicas. A seguir, essas variáveis são escritas no sistema de referência estacionário e um circuito equivalente é obtido. Utilizando esse circuito equivalente, são apresentados resultados de simulação computacional e resultados de testes experimentais.A comparação dos mesmos exibiram uma boa concordância,mostrando que o modelo matemático é adequado / Abstract: This dissertation has the aim of determining a mathematical model for asymmetrical two-phase induction motor with T-connected stator windings and to investigate some properties such as free acceleration, steady-state torque-speed characteristic and steady-state currents. This motor is designed to operate from supply of two phases and neutral, and a particular value for the stator tums ratio is required. First, a transformation of variables is accomplishedto obtain an equivalent motor that do not have electric connection and that presents the same m.m.f. of original motor. Making use of the concept couple circuits, the basic equations are derived. Second, these variables are written in the stationary referencefTameand an equivalentcircuit is obtained. By using this equivalent circuit, computer simulationis presented and compared with experimental results. The tests exhibited a good agreement, showing that the mathematical model is adequate / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ernesto Ruppert Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T03:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lazarini_MarcosVinicius_M.pdf: 4342557 bytes, checksum: cca354c6cf0938fd0151555654c04067 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo detalhado de uma configuração de controle direto de torque (DTC) de motores de indução trifásicos usando modulação em largura de pulsos por vetores espaciais, controlador de estrutura variável tipo modos deslizantes (sliding mode) e estimador de velocidade adaptativo do tipo MRAS (model reference adaptive system). Procurou-se apresentar um tutorial detalhado sobre o assunto onde, desde a modelagem matemática adequada do motor de indução trifásico e do controle direto de torque, da modelagem do controlador tipo modos deslizantes e do estimador MRAS até a programação do sistema em processador digital de sinais foram detalhadas. Construiu-se uma plataforma experimental no Laboratório de Eletrônica de Potência da FEEC/UNICAMP para comprovação dos resultados teóricos obtidos através de modelagens matemáticas e simulações digitais realizadas. Os resultados em geral se mostraram adequados e o trabalho certamente contribuiu bastante para a formação do autor para trabalhos de pesquisas científica e tecnológica. Espera-se que o resultado deste trabalho venha contribuir para o estudo de futuros pesquisadores e para o ensino de pós-graduação e, quem sabe de graduação também, nas áreas de controle, eletrônica de potência e controle de máquinas elétricas. / Abstract: This work presents a detailed study of a three-phase induction motor direct torque control (DTC) using space vector pulse width modulation, variable structure controller of sliding mode type and a MRAS rotor speed estimator (model reference adaptive system). It is shown here a detailed tutorial, covering the three-phase induction motor dynamic mathematical modeling and the direct torque control, the sliding mode controller and the MRAS estimator model, up to the digital signal processor programming structure. An experimental set-up was built in the Power Electronics Laboratory of the FEEC/UNICAMP in order to confirm the theoretical results obtained using dynamic simulation. The results obtained were considered adequate in various situations, and the development of this work became a fundamental contribution to the author in terms of his scientific and academic research skills improvement. It is expected that this work could contribute to the future researchers' learning process and also to the graduate and undergraduate control students, control of electrical machines students and power electronics learning process. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Afin de rendre compétitifs les véhicules hybrides ou tout électriques, l'amélioration des performances des machines électriques embarquées est primordiale. Dans cette optique, le travail présenté s'intéresse en particulier à l'estimation en ligne des variations de température au sein d'une machine synchrone à aimants permanents. De ce fait, nous proposons d'estimer les paramètres physiques dépendants de la température, à savoir la résistance des enroulements et le flux des aimants. La connaissance des variations de température ou de ces paramètres permet en effet d'éviter une dégradation des performances en adaptant le contrôle en couple et de mettre en place une surveillance thermique autorisant notamment une meilleure disponibilité de la machine, sans risque d'endommagement. Pour répondre à ce double objectif, nous proposons deux observateurs de paramètres basés sur une modélisation réaliste de la machine. Nous établissons donc, en premier lieu, un modèle électrique du moteur qui tient compte de possibles différences entre signaux mesurés et exacts et garantit la robustesse des observateurs aux paramètres mécaniques. Un algorithme d'identification hors ligne des paramètres est proposé pour valider le modèle. Puis, basé sur ce modèle réaliste, les deux observateurs proposés, dit de Luenberger et de Kreisselmeier, estiment respectivement, suivant certaines conditions d'observabilité, le flux et la position pour le premier et un ou plusieurs paramètres parmi la résistance, le flux et l'inductance pour le second. Ces observateurs n'utilisent que les mesures de courant et de tension, ainsi qu'une mesure de position pour l'observateur de Kreisselmeier. Des études théoriques et en simulation sont menées pour valider le fonctionnement des observateurs et appréhender au mieux leurs réglages. En particulier, nous présentons une étude évaluant l'impact du bruit de mesure sur l'observateur de Luenberger afin d'améliorer sa robustesse au bruit sur une large plage de régime. Finalement, l'implémentation des observateurs sur différents bancs d'essais fournit des résultats prometteurs, tant pour l'estimation des paramètres que pour la faisabilité d'estimer les variations de température. / To make hybrid and full electric vehicles competitive, the performance enhancement of the embedded electric motors is essential. For this purpose, the presented work focuses in particular on the online estimation of temperature variations inside a permanent magnet synchronous motor. Therefore, we propose to estimate the temperature dependant parameters, namely the winding resistance and the magnet flux. The knowledge of these parameters or their temperature variations allows indeed to avoid performance degradation by adapting the torque control and makes possible a thermal monitoring, especially for machine availability improvement without risk of damage. Aiming at this double objective, we propose two parameter observers based on a realistic model of the machine. Thus, we first consider an electrical model of the motor that takes account of possible differences between measured and exact signals and ensures robustness to the mechanical parameters. An offline least squares algorithm for parameters identification is proposed to validate the model. Then, based on this realistic model, we design two observers, called Luenberger and Kreisselmeier. According to some observability conditions, the first one estimates the flux and position while the latter estimates one or several parameters among resistance, flux and inductance. These observers use the currents, voltages, and position for the Kreisselmeier observer, as only measurements. Theoretical and simulation studies are conducted on the observers to validate their efficiency and for a better understanding of their setting parameters. In particular, we present a study assessing the measurement noise impact on the Luenberger observer to improve its robustness to noise over a wide speed range. Finally, the implementation of the observers on different test benches provides promising results, both on parameters estimation and on the feasibility of temperature variations estimation.

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The number of electric powered sub-systems in road-vehicles is increasing fast. This development is primarily driven by the new and improved functionality that can be implemented with electro-mechanical sub-systems, but it is also necessary for the transition to electric and hybrid-electric drive trains. An electromechanical sub-system can be implemented as a physically integrated mechatronic module: controller, power electronics, electric motor, transmission and sensors, all integrated into one component. A mechatronic module, spans, as all mechatronic systems, over several closely coupled engineering disciplines: mechanics, electronics, electro-mechanics, control theory and computer science. In order to design and optimize a mechatronic system it is therefore desirable to design the system within all domains concurrently. Optimizing each domain or component separately will not result in the optimal system design. Furthermore, the very large production volumes of automotive sub-systems increase the freedom in the mechatronics design process. Instead of being limited to the selection from off-the shelf components, application specific components may be designed. The research presented in this thesis aims at development of an integrated design and optimization methodology for mechatronic modules. The target of the methodology is the conceptual design phase, where the number of design parameters is relatively small. So far, the focus has been on design methods for the electric motor and gearhead, two of the most important components in an actuation module. The thesis presents two methods for design and optimization of motor and gearhead in mechatronic applications. One discrete method, intended for the selection of off-the-shelf components, and one method mainly intended for high volume applications where new application specific components may be designed. Both methods can handle any type of load combination, which is important in mechatronic systems, where the load seldom can be classified as pure inertial or constant speed. Furthermore, design models relating spur gear weight, size and inertia to output torque and gear ratio are presented. It is shown that a gearhead has significantly lower inertia and weight than a motor. The results indicate that it almost always is favorable from a weight and size perspective to use a gearhead. A direct drive configuration may only be lighter for very high speed applications. The main contribution of this thesis is however the motor/gear ratio sizing methods that can be applied to any electromechanical actuation system that requires rotational motion. / QC 20101220