Aplicações de Conversores Estáticos de Potência

Transcrição

1 Universidde Federl do ABC Pós-grdução em Engenhri Elétric Aplicções de Conversores Estáticos de Potênci José L. Azcue Pum, Prof. Dr. Acionmento de Mquins CC 1

2 Conversores pr cionmento de motores Acionmento de motores CC Conversor CA/CC (retificdor controldo) Conversor CA/CC-CC/CC 2

3 Aciondores CC 50Hz 1-ph o o 2 m cos Tensão médi T=10ms (50 Hz) 2 m 2m 90 o 180 o I

4 Aciondores CC 50Hz 3-ph 3 L L, m o 90 o 180 o 3 L L, m o 3L L,m Tensão médi T=3.33 ms cos I

5 Aciondores CC Retificdor controldo trifásico i t Fonte trifásic t Q2 Q1 Q3 Q4 I Operção no primeiro e qurto qudrnte 5

6 Retificdor Controldo 6

7 Aciondores CC Fonte trifásic t Fonte trifásic t Q2 Q3 Q1 Q4 I 7

8 Retificdor Controldo v c Circuito dispro Retificdor controldo v c (s)? v (s) Motor CC A relção entre v c e v é determindo pelo circuito de dispro É desejável um relção liner entre v c e v 8

9 Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m Tensão de entrd v c v t Sinl dente de serr e sinl de controle Sinl de dispro Tensão de síd 9

10 Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m v c v t v v t c v v c t v c 2 m cos 2 m cos v v c t Relção não liner entre e v c 10

11 Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro m Tensão de entrd v c v s Sinl cossenoide comprd com v c Pulsos de dispro pr os SCRs Tensão de síd 11

12 Retificdor Controldo Controle liner do ângulo de dispro s cos(t) m s cos() = v c cos 1 v v c s v c v s 2 m cos 2 m cos cos 1 v v c s 2 m v v c s Relção liner entre v c e 12

13 Retificdor Controldo Controle em Mlh Abert v c Circuito de dispro Retificdor controldo Motor CC modeldo como R-L e dc 13

14 Retificdor Controldo Controle em Mlh Fechd i ref Controldor de corrente v c Circuito dispro Retificdor controldo O torque pode ser controldo Oper no Q1 e Q4 14

15 Aciondores CA/CC-CC/CC Retificdor não controldo controle Conversor CC/CC 1-Qudrnte 2-Qudrnte 4-Qudrnte 15

16 Aciondores CC CA/CC - CC/CC controle 16

17 Acionmento CC Conversor CC/CC (Chopper) de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - T1 conduz v = dc 17

18 Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - D2 conduz v = 0 T1 conduz v = dc E b Qudrnte 1 A tensão médi é mior que fcem (Eb) 18

19 Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - D1 conduz v = dc 19

20 Acionmento CC Conversor CC/CC de dois qudrntes T1 D1 dc i Q2 Q1 T2 D2 I - T2 conduz v = 0 D1 conduz v = dc E b Qudrnte 2 A tensão médi é menor que fcem (Eb), forçndo ssim que corrente circule no outro sentido. 20

21 Aciondores CC Conversor CC/CC de dois qudrntes Modulção PWM 2v tri v c v A dc - 0 v c 21

22 Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc Q4 D4 D2 Q2 Corrente positiv v = dc qundo Q1 e Q2 conduzem 22

23 Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc D4 D2 Q4 Q2 Corrente positiv v = - dc v = 0 qundo D3 e D4 conduzem A corrente circul livremente trvés de Q e D 23

24 Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc Q4 D4 D2 Q2 Corrente negtiv v = dc qundo D1 e D2 conduzem 24

25 Acionmento CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes Brço A Brço B Q1 D1 D3 Q3 dc D4 D2 Q4 Q2 Corrente negtiv v = - dc v = 0 qundo Q3 e Q4 conduzem A corrente circul livremente trvés de Q e D 25

26 Aciondores CC Estrtégi de modulção bipolr tensão de síd: DC e - DC 2v tri v c dc v A v B v A dc v B dc 0 v c _ v AB dc - dc 26

27 Aciondores CC Estrtégi de modulção unipolr tensão de síd: DC e 0 v c tri -v c dc v A - v B - v A 0 dc v c _ v B 0 dc dc v AB 0 -v c 27

28 Aciondores CC Conversor CC/CC de qutro qudrntes 200 Corrente de rmdur 200 dc dc Corrente de rmdur dc Modulção bipolr Modulção unipolr O ripple é menor A frequênci de síd é efetivmente o dobro 28

29 Controle de Corrente por histerese Controle de corrente por Histerese i dc i ref v i ref _ i err q q i err = i ref i Implementção simples, insensível vrições prmétrics Frequênci de chvemento vriável i err 29

30 Controldor de Corrente PI dc i ref PI v c Pulse width modultor q Requer o modelo dos sistem pr o projeto dequdo do controldor PI Frequênci de chvemento constnte 30

31 Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Sinis de chvemento gerdos trvés d comprção do sinl tringulr com o sinl de controle c dc v tri v c q Desejmos estbelecer relção entre v c e Tensão MÉDIA v c (s)? (s) Motor CC 31

32 Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) v c T tri Síd do comprdor 1 q 0 c > tri c < tri 1 0 d 1 T d tri t t t T on tri T tri q dt t on dc 0 1 T tri 0 dt t ri dc dt d dc 32

33 Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) tri 0 v c Pr v c = - tri d = 0 Pr v c = 0 d = tri Pr v c = tri d = 1 d d tri v c 0.5 v c - tri tri 33

34 Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Assim relção entre c e é : 0.5 dc 2 dc tri v c Introduzindo perturbções em c e e seprndo s componentes CC e CA : CC: 0.5 dc 2 dc tri v c CA: v~ dc ~ v c 2tri 34

35 Modelo do Conversor CC (dois qudrntes) Aplicndo trnsformd de Lplce v v c (s) (s) 2 dc tri v c (s) 2 dc tri v (s) DC motor 35

36 Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção Bipolr dc 2v tri v c q - dc v tri dc v c dc AB v A 0 dc v B 0 q dc d A 0.5 v c 2 tri d B 1 d A 0.5 v c 2 tri v AB - dc A 0.5 dc 2 dc tri v c B 0.5 dc 2 dc tri v c A B AB dc tri v c 36

37 Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção Bipolr v v b c ( s) ( s) dc tri v c (s) dc tri v b (s) DC motor 37

38 Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção unipolr dc Brço b v c tri -v c v tri dc v c q Brço v A v tri -v c q b v B d A A dc v c 2 tri dc 2 tri v c d B B dc v 2 c tri dc 2 tri v c A B v AB AB dc tri v c Igul o cso nterior 38

39 Modelo do Conversor CC (4 qudrntes) Modulção unipolr v v b c ( s) ( s) dc tri v c (s) dc tri v b (s) DC motor 39

40 Motor CC com excitção seprd v t i R L di dt e T e T L B J d dt Modelo pr pequenos sinis, perturbr: t, i, e, T e, T L e Componentes c ~ ~ di dt ~ ~ T k i v ~ t i R L e~ e E e ~ E ~ k ~ ~ d( ~ ) Te TL B ~ J dt Componentes cc t I T k e R E I E k E T e T L E B 40

41 Motor CC com excitção seprd Aplicndo trnsformd de Lplce ~ ~ di dt v ~ t i R L e~ ~ T e k E ~ i e ~ ke ~ ~ ~ d( ~ ) Te TL B ~ J dt t (s) = I (s)r L si (s) E (s) T e (s) = k E I (s) E (s) = k E (s) T e (s) = T L (s) B(s) sj(s) 41

42 Motor CC com excitção seprd T L (s) t (s) - 1 R sl I (s) T e (s) - 1 (s) k E B sj E (s) k E Digrm de Blocos do motor CC com excitção seprd 42

43 Controle do Torque em Mlh fechd v tri q T c Torque controller dc q k t Motor CC T e (s) - Torque controller Converter dc tri,pe k t (s) - 1 R sl T l (s) I (s) T (s) k e - 1 (s ) T B sj k E 43

44 Controle d elocidde em Mlh Fechd Projeto do controldor Começr pel mlh intern (controle de corrente ou torque), mis rápid mior lrgur de bnd Mlh extern (posição ou velocidde), mis lent menor lrgur de bnd O projeto começ pel mlh mis intern 44

45 Controle d elocidde em Mlh Fechd OBJETIOS: Respost rápid mior lrgur de bnd Overshoot menor bo mrgem de fse (>65 o ) Erro em regime pequeno gnho CC lto Digrm BODE MÉTODO Obter o modelo pr pequenos sinis Projetr os controldores bsedo neste modelo Relizr simulção 45

46 Controle em Mlh Fechd Exemplo R = 2 B = 1 x10 4 kg.m 2 /sec k e = 0.1 /(rd/s) L = 5.2 mh J = 152 x 10 6 kg.m 2 k t = 0.1 Nm/A dc = 60 tri = 5 f s = 33 khz Sinis de chvemento obtids d comprção de v c e ond tringulr. Utilizr controldores PI B Coeficiente de trito viscoso J Momento de inérci 46

47 Controldor de Torque Projeto do controldor de torque Te* Controldor Torque t Função de trnsferênci Te T e t 1 ( B kt R sl kekt sj )( R sl ) (TL=0) 47

48 Controldor de Torque Projeto do controldor de torque Gnho em mlh bert compensdo k pt = 90 k it = compensdo 48

49 Controldor de Torque Mrgem de fse Sem compensr Compensdo 49

50 Controldor de Torque Respost o degru Mlh fechd 50

51 Controldor de elocidde Projeto do controldor de velocidde * Controldor T* 1 T 1 velocidde B sj Mlh do torque 51

52 Controldor de elocidde Projeto do controldor de velocidde Gnho em mlh bert k ps = 0.2 k is = 0.14 compensdo compensdo 52

53 Controldor de elocidde Mrgem de fse Sem compensr Compensdo 53

54 Controldor de elocidde Respost o degru Mlh fechd 54

55 Resultdos Resultdos de simulção Reversão de velocidde sem crg 55

56 Trblho de simulção 1 Projetr um compensdor (PI, vnço, trso, etc.) com o objetivo de controlr velocidde de um motor de corrente continu (reversão de velocidde em degru e trpezoidl considerndo crg nominl). Escolh os prâmetros e vlores nominis de um MCC Simulr o sistem utilizndo os modelos tnto do conversor como d máquin. Fç um reltório de no máximo 6 págins, fonte Times New Romn, tmnho 12, espçmento 1,5. O trblho (reltório (pdf) rquivo de Simulink/Mtlb) deverá ser encminhdo pr o e-mil: jose.zcue@ufbc.edu.br, com o ssunto Trblho de Simulção 01 EEL101 1Q2018 (sem s sps), té às 13h do di

57 Referêncis Bibliográfics 1. Nik R. N. Idris, slides d disciplin Electricl Drives, 2. RASHID, M.H. Eletrônic de Potênci - Circuitos, Dispositivos e Aplicções. Ed. São Pulo: Mkron Books, MOHAN, N.; UNDELAND, T.M.; ROBBINS, W.P. Power Electronics: Converters Applictions nd Design 2. Ed. New York: Editor John Wiley & Sons, Pomilio, J.A.; Apostils d disciplin de Eletrônic de Potênci, 5. Rech, C.; Slides d disciplin Controle de Conversores Estáticos, 57