Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The objective of this work is to apply a heuristic method to optimize the choice of parameters of unbalanced input voltages of a linear induction motor at low speeds.The mathematical model developed for the linear induction motor considers his linor blocked, aiming applications at low speeds. Applying a genetic algorithm program the magnitude of unbalance of the input voltage of the linear motor can be determine.The experimental results are compared satisfactorily with practical tests conducted with a prototype of the linear machine. / O objetivo deste trabalho é aplicar um método heurístico para otimizar a escolha dos parâmetros de desbalanceamento das tensões de entrada de um motor de indução linear em baixas velocidades. O modelo matemático desenvolvido para o motor de indução linear considera o seu linor bloqueado, visando aplicações em baixas velocidades. Através da aplicação de um programa de algoritmo genético é possível determinar a magnitude dos desbalanceamentos das tensões de entrada do motor linear. Os resultados experimentais obtidos são confrontados de forma satisfatória com os testes práticos realizados com um protótipo da máquina linear. / Mestre em Ciências

The main objective of this work is to perform a comparative study between a three phase induction motor squirrel cage traditional and asymmetrical three-phase induction motor. Were used two motors of the same power, the motor being powered by an asymmetrical voltage source phase. In the studies we investigated the behavior of various quantities such as yield, starting current, voltage sags, power factor, and the power supplied by each machine. With the results obtained from practical experiments, it was found that the asymmetric motor features a number of advantages over traditional engines, which makes it an excellent choice when the application requires the drive loads of high power and not has a three-phase supply. / O objetivo principal deste trabalho é realizar um estudo comparativo entre um motor de indução trifásico do tipo gaiola de esquilo tradicional e um motor de indução trifásico assimétrico. Foram empregados dois motores com a mesma potência, sendo o motor assimétrico alimentado por uma fonte de tensão monofásica. Nos estudos foi investigado o comportamento de várias grandezas como rendimento, corrente de partida, afundamentos de tensão, fator de potência, bem como as potências fornecidas por cada máquina. De posse dos resultados obtidos através de experimentos práticos, pôde-se constatar que o motor assimétrico apresenta uma série de vantagens em relação aos motores tradicionais, o que o torna uma excelente opção quando a aplicação exige o acionamento de cargas de potências elevadas e não se dispõe de um sistema trifásico de alimentação. / Mestre em Ciências

Nesse trabalho procede-se a modelagem e simulação do motor de indução trifásico considerando-se as notações trifásicas, ortogonais, vetoriais e complexas, mos-trando seus equacionamentos e também o resultado das simulações. Para a simulação foram usados alguns programas de domínio da área acadêmica, comparando seus desempenhos quanto à apresentação de resultados e também tempo de processamen-to. Este trabalho apresenta também, um enfoque para o método de simulação do mo-tor de indução trifásico utilizando a notação vetorial complexa, o qual é baseado na notação vetorial do motor de indução que é caracterizado por grandezas complexas. Essa técnica é obtida através de simples manipulações das equações vetoriais do modelo do motor de indução compondo uma equação de estado complexa. Com o auxílio do programa Matlab, consegue-se simular o motor de indução trifásico sem a necessidade de separar os termos complexos em duas equações reais, relativas as partes real e imaginária. O que além de simplificar o procedimento de simulação também contribui para a construção do diagrama de blocos para poder entender melhor o comportamento do modelo estudado. São apresentadas no final do trabalho, as conclusões obtidas e, também, sugestões tanto para continuação do trabalho, quanto novas linhas de pesquisas. / In this work it is carried out the modelling and simulation of the three-phase induction motor. It's considered three-phase, orthogonal, vectorial and complex notations, showing the different model equations and the result of the computational simulations. For the simulation it was used different software’s of the academic area, and its results and computational performance are compared. This work gives em-phasis to in new modelling procedure by using complex vector notation. This new method is based on the vectorial notation of the induction motor, which is characterized by complex entities. Through simple manipulations of complex vector equation of the dynamic induction motor equation, it is possible to compose a complex space-state equation. This complex model come be solved with Matlab software without the separation of its complex terms in two real equations. Other advantage of the complex model is the simplifying the simulation procedure and the possibilities of the blocks diagram representation. The final conclusions and suggestions for con-tinuation are presented in the end of work.

Modernos processos industriais requerem rigorosos requisitos, tais como, eficiÃncia, desempenho dinÃmico, caracterÃsticas de funcionamento flexÃveis, facilidade de diagnÃstico e comunicaÃÃo com um computador principal. Com a evoluÃÃo da micro-eletrÃnica e dos dispositivos de potÃncia notou-se uma tendÃncia no uso de controladores digitais a fim se obter as caracterÃsticas supracitadas. Nestes processos, a utilizaÃÃo da conversÃo eletromecÃnica da energia dar-se de forma intensa, assim Âe comum a utilizaÃÃo de motores elÃtricos em diversos tipos de acionamentos. O presente trabalho utiliza uma metodologia de controle do motor de induÃÃo trifÃsico do tipo âgaiola de esquiloâ com a tÃcnica de controle por modos deslizantes. Aplicou-se, entÃo, a metodologia para controle de posiÃÃo do motor. O trabalho propÃe, ainda, um comparativo da tÃcnica proposta com outra jà implementada em trabalhos precursores, sendo uma teoria clÃssica para acionamentos desse tipo de motor denominado de controle por orientaÃÃo de campo. Programou-se ambas as tÃcnicas em um Digital Signal Controller (DSC) e aplicou-o no posicionamento do motor de induÃÃo. Com a realizaÃÃo do comparativo observou-se o destaque do Slide Mode Control (SMC) em relaÃÃo ao controle por orientaÃÃo de campo nos ensaios feitos na planta de aplicaÃÃo. Tanto em desempenho computacional quanto no controle das posiÃÃes do motor, a tÃcnica de controle deslizante se mostrou mais eficiente e robusta, apresentando uma reduÃÃo nos erros de corrente do motor, bem como um melhor rastreio da posiÃÃo de referÃncia. / Modern industrial processes require stringent requirements, such as efficiency, performance dynamic, flexible operating characteristics, diagnostics facilities and communication with a main computer. With the development of micro- electronics and power devices there has been a trend in the use of digital controllers to obtain the characteristics mentioned above. In those processes, the use of eletromechanical energy conversion are shown in many type of driverâs machine. Thus it is commom to find electric motors in this aplications. Then, this work uses a methodology of control for a three phase induction motor of type âsquirrel cageâ using the technique Sliding Mode Control (SMC). After that, It was applied the methodology for position control of the motor. This work, also proposes a comparison of the proposed technique with other classical technique for this type of aplications. The name of the classical technique is Field Oriented Control (FOC). Therefore, a Digital Signal Controller (DSC) was programmed for both techiniques and applied in the positioning of the inductionmotor. After the comparative analyse, itâs noted that SMC technique was better than FOC technique. Both in computational performance as in the control of motor positions the Slide Mode Control technique has been shown more efficient and robust. Also a reduction in errors of the motorâs current and a better tracking of the reference position was obtained with this technique.

This paper proposes the position control of an articulated manipulator of two degrees of freedom driven by induction motors with a controller in the current loop. The work includes the mechanical modeling of the handler that will be developed from the direct and inverse kinematics and position control of induction motors operating system and uncoupled allocated in the manipulator. Thus, we developed two strategies for control of manipulators with two degrees of freedom, one using the scheme for field-oriented vector control and other means of indirect sliding mode control (Sliding-Mode Control - SMC). These control strategies are applied to current loop of induction motors that drive the manipulator. The parameters of the position controller of manipulator are taken into account in calculating the controller parameters of the current control loop, in order to obtain satisfactory results in the positioning the degrees of freedom. In addition, we performed a comparative study between the indirect field-oriented vector control and sliding mode control applied to the current loop. The advantage of the SMC compared to the indirect field-oriented vector control due to the first had in its control law, developed in this thesis, the use of position degree of freedom manipulator applied directly in the control law, while the second acted only as a disturbed rejection controller for the position loop. The Proportional-Integral (PI) was used in the position and speed loops for both current control algorithms to provide a standard for comparison between. For the purpose of implementing the control system individually for each engine and motors coupled to the manipulator used a digital signal processor. / O presente trabalho propÃe o controle de posiÃÃo de um manipulador articulado de dois graus de liberdade acionado a partir de motores de induÃÃo trifÃsicos com um controlador na malha de corrente. O trabalho contempla a modelagem mecÃnica do manipulador que serà desenvolvida a partir das cinemÃticas direta e inversa e o controle de posiÃÃo dos motores de induÃÃo atuando desacoplados do sistema e alocados no manipulador. Deste modo, foram desenvolvidas duas estratÃgias de controle de manipuladores com dois graus de liberdade, uma utilizando o esquema por controle vetorial de campo orientado indireto e outra atravÃs de controle por modos deslizantes (Sliding Mode Control â SMC). Estas estratÃgias de controle sÃo aplicadas a malha de corrente dos motores de induÃÃo que acionam o manipulador. Os parÃmetros do controlador de posiÃÃo dos manipuladores sÃo levados em consideraÃÃo no cÃlculo dos parÃmetros do controlador da malha de controle de corrente, de modo a se obter resultados satisfatÃrios no posicionamento dos graus de liberdade. AlÃm disso, foi realizado um estudo comparativo entre o controle vetorial de campo orientado indireto e o controle de modos deslizantes aplicado na malha de corrente. A vantagem do SMC em relaÃÃo ao controle vetorial de campo orientado indireto deveu-se a que o primeiro possuÃa em sua lei de controle desenvolvida nesta tese a utilizaÃÃo direta da posiÃÃo do grau de liberdade do manipulador, enquanto que o segundo atuava somente como um controlador com rejeiÃÃo ao distÃrbio. O controlador Proporcional-Integral (PI) foi utilizado nas malhas de posiÃÃo e velocidade de modo a fornecer um padrÃo de comparaÃÃo confiÃvel entre os controladores de corrente. Com a finalidade de implementar o sistema de controle de cada motor individualmente e dos motores acoplados ao manipulador utilizou-se um processador digital de sinais.

Orientador: Walmir de Freitas Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-17T13:40:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Morais_CeciliadeFreitas_M.pdf: 1237482 bytes, checksum: caa2c7e10679e865b870669fb557c361 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Um dos distúrbios mais freqüentes acarretados pela partida direta de grandes motores de indução é o afundamento de tensão decorrente das elevadas correntes de energização drenadas pelos mesmos durante a fase inicial de aceleração. Essas variações da magnitude de tensão podem deteriorar a operação de cargas sensíveis, geradores e relés digitais existentes em instalações industriais. Portanto, sempre que um novo motor de indução é conectado em uma instalação industrial, os engenheiros de planejamento estão interessados em saber se esse procedimento irá resultar em níveis aceitáveis de afundamentos de tensão. O impacto da partida do motor de indução na qualidade de energia pode ser avaliado por estudos que exigem complexas e numerosas simulações de transitórios eletromagnéticos, o que demanda um considerável tempo de mão de obra altamente especializada. Nesse contexto, o objetivo dessa dissertação de mestrado é desenvolver métodos analíticos e gráficos confiáveis e práticos que auxiliem os engenheiros de planejamento nos projetos de instalação e de partida de motores de indução em instalações industriais com cargas sensíveis a variações de tensão. Tais métodos foram desenvolvidos para análise de motores de indução do tipo gaiola de esquilo com partida direta, tendo em vista que esse é um esquema bastante adotado devido ao seu baixo custo e simplicidade. Os métodos analíticos são desenvolvidos através da solução dos modelos matemáticos de regime permanente e dinâmicos dos diversos componentes da instalação industrial. A precisão dos métodos analíticos propostos é verificada através da comparação dos respectivos resultados com aqueles obtidos através de simulações de transitórios eletromagnéticos. O objetivo dos métodos gráficos é facilitar a compreensão das informações relacionadas ao comportamento dinâmico da tensão através de gráficos semelhantes aos tipicamente utilizados na análise de qualidade de energia (e.g., ITIC - Information Technology Industry Council) / Abstract: One of the most common disturbances caused by the starting of large induction motors is the voltage sag that occurs due to the high inrush current. These variations in voltage and current magnitude can deteriorate the operation of generators, sensitive loads and digital relays in industrial facilities. Therefore, whenever a new induction motor is connected to the system, planning engineers want to know if the motor starting would result in acceptable voltage sag levels. The impact of the induction motors starting on the power quality can be assessed by studies that require numerous and complex electromagnetic transient simulations, which is very time-consuming. In this context, the objective of this work is to develop simple graphical and analytical methods to assist planning engineers when analyzing the installation of new induction motors in industrial facilities. This work will focus on squirrel-cage induction motors with direct start, since this scheme is extremely adopted due to its low cost and simplicity. The analytical methods are developed through the solution of the steady state and dynamic models of the several components of the industrial facility. The accuracy of the analytical methods proposed is validated through comparison with the results obtained by repetitive electromagnetic transient simulations. The objective of the methods is to facilitate the understanding of the information obtained about the dynamic behavior of the voltage through charts typically used in the analysis of power quality (e.g., ITIC - Information Technology Industry Council). / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Edson Bim / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T08:39:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SguareziFilho_AlfeuJoaozinho_M.pdf: 4747025 bytes, checksum: 077f211f88c422646414f234628ad798 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho visa o estudo de métodos de projeto de controladores mediante o emprego da função de transferência complexa; o controle em baixas velocidades de um motor de indução trifásico orientado no fluxo do rotor, bem como no do estator, é o objetivo a ser alcançado. A formulação do modelo vetorial do motor de indução com emprego da função de transferência complexa e do controle vetorial são apresentados. Para validar a proposta, um controlador de ganho proporcional complexo é realizado. Resultados de simulação e de experimentos são obtidos / Abstract: This work aims the study of tunning methods for controllers on vector control using the complex transfer function; low speed control by using the rotor or stator flux orientation on the induction motor is the objetctive. The complex transfer function formulation, its aplication on induction machine model and vector control are presented. To validate the proposal, a proportional complex gains is proposed. Simulation and experimentally results are presented. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This works proposes parameters estimation algorithm to auto-tune the control laws of a speed sensorless servo. The identification process of the electrical and mechanical parameters is based on recursive least squares method (RLS) and utilizes just measured stator currents. The electrical parameters are obtained by the transfer function of the motor with locked rotor. Hence, this eliminates the need to realize classical tests for the electrical parameters obtention and impose robustness to the controller for parameters variations caused by aging of materials. Thus, the electrical parameters are used to project the current controllers and the rotor speed is estimated by a model reference adaptive systems (MRAS). The structure of MRAS is composed by two systems (reference model and adaptive system) based on instantaneous reactive power and using an adaptation mechanism. On the other hand, to obtain a robust control when the system is subject to disturbances or load s variations, mechanical parameters are identified using estimated rotor speed and mechanical model of the induction motor (IM). Finally, for the speed control is used a proportional plus integral controller (PI) self-tuned through the estimated inertia. / Este trabalho propõe um algoritmo de identificação paramétrica para auto-ajuste da lei de controle de um servo de velocidade sem sensor mecânico. O processo de identificação dos parâmetros elétricos e mecânicos do servo é baseado em algoritmos do tipo mínimos quadrados recursivo (RLS) e utiliza apenas as medidas das correntes estatóricas. Os parâmetros elétricos são identificados através da função de transferência do motor com rotor bloqueado. Isso elimina a necessidade de realizar ensaios clássicos para obtenção dos parâmetros elétricos e impõe robustez ao controlador frente a variações paramétricas que ocorrem devido aos desgastes e envelhecimento dos materiais que constituem o motor. Uma vez identificados, os parâmetros elétricos são utilizados no projeto dos controladores de corrente e a velocidade rotórica é estimada utilizando um sistema adaptativo por modelo de referência (MRAS). A estrutura do MRAS é composta por dois sistemas (modelo de referência e sistema adaptativo) baseados na potência reativa instantânea e utiliza um mecanismo de adaptação. Por outro lado, para impor robustez ao controlador frente a variações de carga, os parâmetros mecânicos são identificados a partir da velocidade rotórica estimada e do modelo mecânico do motor de indução (MI). Finalmente, para o controle de velocidade é usado um controlador proporcional e integral (PI) com seus ganhos sintonizados a partir da inércia estimada.

Current-Controlled Pulse Width Modulated (CC-PWM) Voltage Source Inverters (VSIs) are extensively employed in high performance drives (HPD) because of the considerable advantages offered by them, such as, excellent dynamic response and inherent over-current protection, as compared to the voltage-controlled PWM (VC-PWM) VSIs. Amongst the different types of CC-PWM techniques, hysteresis current controllers offer significant simplicity in implementation. However, conventional type of hysteresis controllers (with independent comparators) suffers from some well-known drawbacks, such as, limit cycle oscillations (especially at lower speeds of operation of machine), overshoot in current error, generation of sub-harmonic components in the current, and random (non-optimum) switching of inverter voltage vectors. Common problems associated with the conventional, as well as current error space phasor based hysteresis controllers with fixed bands (boundary), are the wide variation of switching frequency in the fundamental output cycle and variation of switching frequency with the change in speed of the load motor. These problems cause increased switching losses in the inverter, non-optimum current ripple, excess harmonics in the load current and subsequent additional machine heating. A continuously varying parabolic boundary for the current error space phasor is proposed previously to get the switching frequency variation pattern of the output voltage of the hysteresis controller based PWM inverter similar to that of voltage controlled space vector PWM (VC SVPWM) based VSI. But the major problem associated with this technique is the requirement of two outer parabolas outside the current error space phasor boundary for the identification of sector change which gives rise to some switching frequency variations in one fundamental cycle and over the entire operating speed range. It also introduces 5th and 7th harmonic components in the voltage causing 5th and 7th harmonic currents in the induction motor. These harmonic currents causes 6th harmonic torque pulsations in the machine. This thesis proposes a new technique which replaces the outer parabolas and uses current errors along orthogonal axes for detecting the sector change, so that a fast and accurate detection of sector change is possible. This makes the voltage harmonic spectrum of the proposed hysteresis controller based inverter exactly matching with that of a constant switching frequency SVPWM based inverter. This technique uses the property that the current error along one of the orthogonal axis changes its direction during sector change. So the current error never goes outside the parabolic boundary as in the case of outer parabolas based sector change technique. So the proposed new technique for sector change eliminates the 5th and 7th harmonic components from the applied voltage and thus eliminates the 5th and 7th harmonic currents in the motor. So there will be no introduction of 6th harmonic torque pulsations in the motor. Using the proposed scheme for sector change and parabolic boundary for current error space phasor, simulation study was carried out using Matlab-Simulink. Simulation study showed that the switching frequency variations in a fundamental cycle and over the entire speed range of the machine upto six step mode operation is similar to that of a VC-SVPWM based VSI. The proposed hysteresis controller is experimentally verified on a 3.7 kW IM drive fed with a two-level VSI using vector control. The proposed current error space phasor based hysteresis controller providing constant switching frequency is completely implemented on the TI TMS320LF2812 DSP controller platform. The three-phase reference currents are generated depending on the frequency command and the controller is tested with drive for the entire operating speed range of the machine in forward and reverse directions. Steady state and transient results of the proposed drive are presented in this thesis. This thesis also proposes a new hysteresis controller which eliminates parabolic boundary and replaces it with a simple online computation of the boundary. In this proposed new hysteresis controller the boundary computed in the present sampling interval is used for identifying next vector to be switched. This thesis gives a detailed mathematical explanation of how the boundary is computed and how it is used for selecting vector to be switched in a sector. It also explains how the sector in which stator voltage vector is present is determined. The most important part of this proposed hysteresis controller is the estimation of stator voltages along alpha and beta axes during active and zero vector periods. Estimation of stator voltages are carried out using current errors along alpha and beta axes and steady state equivalent circuit of induction motor. Using this estimated stator voltages along alpha and beta axes, instantaneous phase voltages are computed and used for finding individual voltage vector switching times. These switching times are used for the computation of hysteresis boundary for individual vectors. So the hysteresis boundary for individual vectors are exactly calculated and used for vector change detection, making phase voltage harmonic spectrum exactly similar to that of constant switching frequency VC SVPWM inverter. Sector change detection is very simple, since we have the estimated stator voltages along alpha and beta axes to give exact position of stator voltage vector. Simulation study to verify the steady state as well as transient performance of the proposed controller based VSI fed IM drive is carried out using Simulink tool box of Matlab Simulation Software. The proposed hysteresis controller is experimentally verified on a 3.7 kW IM drive fed with a two-level VSI using vector control. The proposed current error space phasor based hysteresis controller providing constant switching frequency profile for phase voltage is implemented on the TI TMS320LF2812 DSP controller platform. The three-phase reference currents are generated depending on the frequency command and the proposed hysteresis controller is tested with drive for the entire operating speed range of the machine in forward and reverse directions. Steady state and transient results of the proposed drive are presented for different operating conditions.

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