A MÁQUINA ASSÍNCRONA TRIFÁSICA BRUSHLESS EM CASCATA DUPLAMENTE ALIMENTADA. Fredemar Rüncos

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1 Resumo da Dissertação apresentada à UFSC como parte dos requisitos necessários para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica. A MÁQUINA ASSÍNCRONA TRIFÁSICA BRUSHLESS EM CASCATA DUPLAMENTE ALIMENTADA Fredemar Rüncos Março/2001 Orientador: Renato Carlson Área de Concentração: Concepção e análise de Dispositivos Eletromagnéticos Palavras-chave: Máquina Assíncrona Duplamente Alimentada Número de Páginas: 284 RESUMO: No acionamento de máquinas elétricas sempre se procurou máquinas que permitissem controlar o torque e consequentemente a velocidade com grande flexibilidade. Por outro lado na geração de energia elétrica, sempre se procura formas alternativas de energia que não poluam ou agridam o meio ambiente. O custo da energia elétrica vem aumentando devido a escassez dos recursos naturais e como conseqüência procura-se maximizar a eficiência do conjunto máquina primária e gerador. Uma boa solução para maximizar o rendimento da geração de energia elétrica é a Máquina Assíncrona Duplamente Alimentada. O presente trabalho propõe-se a estudar a Máquina Assíncrona Trifásica Brushless ligada em Cascata Duplamente Alimentada (MATBCDA). É mostrado a base do funcionamento da MATBCDA quando conectada na ligação MAIS e ligação MENOS. São analisados em detalhes os parâmetros da máquina, tais como: indudância de dispersão, indutância mútua, indutância magnetizante e resistência dos enrolamentos. É estudado e elaborado o modelo dinâmico da MATBCDA, tomando como base a teoria do sistema de eixos de referência. v

2 Com base no modelo dinâmico é feita a análise dinâmica da MATBCDA integrando as equações diferenciais pelo método de Runge Kutta de quarta ordem. Esta análise abrange a máquina funcionando como motor e como gerador. Para completar a análise da MATBCDA é estudado o regime permanente da máquina, focando principalmente o funcionamento como motor ou gerador com fator de potência pré-estabelecido. A grande vantagem da MATBCDA é o fato dela funcionar como motor e como gerador sem necessidade de escovas, minimizando os problemas de manutenção. vi

3 Summary of the dissertation presented at UFSC as part of the requirements to obtain the Master Degree in Electrical Engineering DOUBLE-FED IN CASCADE BRUSHLESS THREE-PHASE ASSYNCHRONOUS MACHINE Fredemar Rüncos March / 2001 Adviser: Renato Carlson Concentration Area: Conception and Analysis of Electromagnetic Devices Key Words: Double-Fed Assynchronous Machine Number of Pages: 284 Summary: In driving systems of electrical machines it has been commonly used machines that allow both torque and speed control with great flexibility. On the other hand when it comes to generation of eletrical energy, there has been a tendency to use energy sources that do not bring or cause any harms to the environment. The costs on electrical energy have been increasing more and more due to lack of natural resources. As a result, it is extremely important to improve the efficiency of the primer move and generator as much as possible. A good solution to maximize the efficiency in the generation of electrical energy is the Double Fed Assynchronous Machine. The purpose of this assignment is to study the Double-Fed in Cascade Brushless Threephase Assynchronous Machine (MATBCDA). It is showed that the basic funcionating system of the MATBCDA when it is connected in the MORE and LESS modes. The parameters of the machine such as dispersion inductance, mutual inductance, magnetizing inductance and windings resistance are deeply analysed. The dynamic model of the MATBCDA is analysed and studied based on the theory of Reference Axes System. vii

4 The dynamic analysis of the MATBCDA is made based on the dynamic model integralizing the differential equations by the Runge Kutta fourth order method. This analysis considers the machine working as a generator and as a motor. In order to complete the analysis of the MATBCDA it is also studied the permanent duty of the machine, focusing mostly on its functioning either as a motor or as a generator with pre-adjusted power factor. The great advantage of using the MATBCDA is the fact that it works either as a motor or as a generator with no brushes which minimizes the need of maintenance. viii

5 SUMÁRIO RESUMO... v ABSTRACT... vii CAPÍTULO 1 - TIPOS DE ACIONAMENTOS ELÉTRICO Introdução Máquinas com Excitação Única por Corrente Elétrica Máquinas Duplamente Excitadas por Corrente Elétrica Máquinas Excitadas por Corrente Elétrica e Ímã Permanente CAPÍTULO 2 - TIPOS DE MÁQUINAS ASSÍNCRONAS TRIFÁ SICAS Introdução Máquina Assíncrona Trifásica com Rotor de Gaiola com Alimentação Única [MATRGAU] Máquina Assíncrona Trifásica com Rotor de Gaiola Duplamente Alimentada [MATRGDA] Máquina Assíncrona Trifásica com Rotor Bobinado com Alimentação Única [MATRBAU] Máquina Assíncrona Trifásica com Rotor Bobinado Duplamente Alimentado [MATRBDA] Máquina Assíncrona Trifásica Brushless em Cascata Duplamente Alimentada [MATBCDA] CAPÍTULO 3 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA MATBCDA Introdução Partes Construtivas Velocidade Síncrona da MATBCDA Ligação MAIS Ligação MENOS Escorregamento da MATBCDA Máquina Principal Máquina Auxiliar ix

6 CAPÍTULO 4 - TEORIA DOS SISTEMAS DE REFERÊNCIA Introdução Resumo Histórico Equações de Transformação para um Sistema de Referência Arbitrário Transformação de um Conjunto de Variáveis Balanceadas Relações Fasoriais Balanceadas em Regime Permanente Equações de Tensões Balanceadas em Regime Permanente CAPÍTULO 5 - MODELO DINÂMICO DA MATBCDA Introdução Equações de Tensões em Variáveis da MATBCDA Máquina Principal Máquina Auxiliar Equações de Torque em Variáveis da MATBCDA Equações de Transformações da MATBCDA para um Sistema de Referência Arbitrário Definição do Sistema de Referência Equações das Tensões no Sistema de Referência Arbitrário Máquina Principal Máquina Auxiliar Máquinas Conectadas em cascata MAIS Equações dos Torques no Sistema de Referência Arbitrário Equações na Forma de Espaço de estado da MATBCDA CAPÍTULO 6 - ANÁLISE DA DINÂMICA DA MATBCDA Introdução Regime Dinâmico na Partida como Motor Estator da Máquina Auxiliar em Curto Circuito Estator da Máquina Auxiliar Ligado a Uma Resistência Externa Tensão Imposta ao Estator da Máquina Auxiliar através do Conversor de Freqüência Funcionamento em Regime Dinâmico como Motor Variação da Resistência Externa Ligada ao Estator da Máquina Auxiliar Variação do Torque Externo Variação da Amplitude da Tensão Imposta pelo Conversor Funcionamento em Regime Dinâmico como Gerador x

7 6.4.1 Variação do Torque Externo Variação da Amplitude da Tensão Imposta pelo Conversor CAPÍTULO 7 - MODELO EM REGIME PERMANENTE DA MATBCDA Introdução Circuito Equivalente da MATBCDA Circuito Equivalente da Máquina Principal Circuito Equivalente da Máquina Auxiliar Circuito Equivalente da MATBCDA Funcionamento em Regime da MATBCDA Estator da Máquina Auxiliar Ligada em Curto-Circuito Estator da Máquina Auxiliar Ligada a um Banco de Resistores Estator da Máquina Auxiliar Ligada à Rede através de um Conversor CONCLUSÃO REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA APÊNDICE A Determinação dos Parâmetros do Circuito Equivalente Protótipo MATBCDA APÊNDICE B Relatório Ensaio da MATBCDA APÊNDICE C Os Parâmetros da MATBCDA xi

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