dinâmica dos motores elétricos

1-1DISCIPLINA

DEDinâmica de Motores Elétricos

EEE 888

Ano: 2011

Universidade Federal de Minas GeraisDepartamento de Engenharia ElétricaPrograma de Pós-graduação em Engenharia Elétrica

Prof. Selênio Rocha SilvaDepto. Eng. Elétrica

[email protected]

EEE888 – DINÂMICA DE MOTORES ELÉTRICOS

Carga horária: Teoria = 60hEmenta: Fundamentos de Máquinas Elétricas Representação Vetorial de Circuitos e Máquinas

Elétricas Modelos Dinâmicos da Máquina de Indução Modelos Dinâmicos de Máquinas Síncronas Transitórios Eletromagnéticos e Eletromecânicos em

Máquinas C.A. Saturação Magnética e Gerador de Indução Tópicos Avançados.

Objetivos: Formação de habilidades para análise de regimes

transitórios de máquinas elétricas, tanto na operaçãomotora quanto geradora, além de aplicações emconversores estáticos de potência, permitindo aoengenheiro: A adequada determinação de parâmetros e características

necessárias à formulação de modelos matemáticos e àcompreensão de fenômenos físicos,

O desenvolvimento de modelos matemáticos que incorporemfenômenos físicos não-triviais,

Desenvolvimento e uso de ferramentas para compreensãonecessária das relações entre grandezas controláveis em umacionamento elétrico ou em um sistema de geração elétrica;

Análise de regime transitórios em sistemas elétricoscomportando máquinas elétricas e conversores estáticos depotência.


Critérios de Avaliação: Listas de exercícios: 15%

Várias listas de exercícios com entrega individual. 3 x Provas escritas (20pts): 60%; Trabalho de avaliação:

Seminário: 10 % Trabalho escrito final: 15%

Datas das provas: 1a. Prova: 26/04/2011; 2a. Prova: 24/05/2011; 3a. Prova: 28/06/2011.


Programa de Curso: 1. Fundamentos de Máquinas Elétricas Princípios da Conversão Eletromecânica da Energia Enrolamentos de Máquinas Elétricas e a Produção de

Conjugado Conversores Eletromecânicos Elementares Dinâmica do Sistema Mecânico: Modelagem de cargas e do

acoplamento mecânico. Exemplos de Aplicação


Programa de Curso: 2. Representação Vetorial de Circuitos e Máquinas

Elétricas Evolução das Técnicas de Análise de Máquinas Elétricas O Vetor ou Fasor Espacial de Kovacs Rotação de Eixos Coordenados e Orientação de Modelos Relações com Transformação de Park-Krause Teoria das Potências Instantâneas Exemplos de Aplicação


Programa de Curso: 3. Modelos Dinâmicos da Máquina de Indução Máquina de Indução Ideal A transformação de Blondel-Park Generalizada Modelos em Representação Vetorial Análise do Regime Permanente Orientação de Modelos Exemplos de Aplicação


Programa de Curso: 4. Modelos Dinâmicos de Máquinas Síncronas Máquina Síncrona Ideal Modelos em Variáveis Naturais Modelo em Variáveis Transformadas Máquina Síncrona a Imãs Permanentes Exemplos de Aplicação


Programa de Curso: 5. Transitórios Eletromagnéticos e Eletromecânicos em

Máquinas C.A. Partida em Motores C.A. e Faltas Trifásicas em Máquinas

Elétricas Religamento de Máquinas CA e Variações de Carga Análise em Pequenas Perturbações: Domínio do Tempo Análise em Pequenas Perturbações: Domínio da Freqüência Estabilidade de Motores Elétricos.


Programa de Curso: 6. Saturação Magnética e Gerador de Indução Modelo da Saturação Magnética Modelos com as Perdas Magnéticas Análise da Dinâmica da Máquina Saturada Princípio de Operação do Gerador de Indução Autoexcitação de Geradores de Indução Isolados Controle de Fluxo e Potência Ativa em Geradores de Indução

Duplamente Alimentados


Programa de Curso: Tópicos Avançados em Dinâmica de Máquinas e Controle

de Conversores. Estimação e Observação de Fluxo em Máquinas Elétricas Estimação e Identificação de Parâmetros em Máquinas

Elétricas Técnicas de Sincronização de Conversores PWM Conectados a

Rede Elétrica; Controle de Conversores Estáticos Aplicações em Geração Distribuida


Bibliografia:

I. Kovacs, P.K. Transient Phenomena in Electrical Machines, Elsevier, Amsterdam, 1984.II. Ong, C.M. Dynamic Simulation of Electric Machinery Using MATLAB/Simulink, Prentice Hall PTR, 1997

III. J. C. P. Palma, Accionamentos Electromecânicos de Velocidade Variável, Fundação Calouste Gulbenkian,Lisboa, 1999.

IV. W. Leonhard. Control of Electrical Drives, Springer-Verlag, 1985.V. Vas, P. Electrical Machines and Drives, Clarendon Press, Oxford, 1993.VI. Kelemen, A. & Imecs, M. Vector Control of AC Drives, Volume 1: Vector Control of Induction Machines

Drives, Omikk Publisher, Budapest, 1992.VII. Krause, P.C. Analysis of Electrical Machinery, McGraw-Hill, Inc, New York, 1986.VIII. Kundur, P. Power System Stability and Control, McGraw-Hill,Inc., New York, 1993IX. Lyon, W.V. Transient Analysis of Alternating Current Machinery: An Application of the Method of

Symmetrical Components, The Tech. Press of MIT & John Wiley & Sons, New York, 1954.X. Vas, P. Vector Control of AC Machines, Clarendon Press, Oxford, 1990.XI. Anaya-Lara, O.; Jenkins, N. et all, Wind Energy Generation: Modelling and Control, Wiley, 2009.XII. Yazdani, A. and Iravani, R., Voltage-Sourced Converters in Power Systems: Modeling, Control and

Applications, Wiley and IEEE Press, 2010.XIII. Akagi, H., Watanabe, E. H. and Aredes, M., Instantaneous Power Theory and Applications to Power

Conditioning, Wiley and IEEE Press, 2007.XIV. Machowski, J.; Bialek, J. W. and Bumby, J. R. Power System Dynamics: Stability and Control, John Wiley

and Sons, 2nd Edition, 2008.


Conversão de Energia em Acionamentos Elétricos

Energiaprimária

Usina(conversão)

Transmissão eDistribuição

Eletrônica dePotência

Uso Final(conversão)

FossilNuclearSolar

Térmica Mecânica Elétrica Elétrica Mecânica

ElétricaTérmicaQuímica

HidroEólica

Solar(PV)Acionamentos Elétricos Industriais

60%

Vantagens da conversão elétrica:• Geração com alta eficiência;• Transporte com baixas perdas, distribuição simples e custo aceitável;• Conversão: facilidade e flexibilidade


Conversão de Energia em Acionamentos Elétricos

CARACTERÍSTICAS DOS ACIONAMENTOS ELÉTRICOS: Larga faixa de potência: 1W (relógios) a 108 W (bombas);Ampla faixa de velocidades e conjugado: > 106 Nm (laminadores) & > 105 rpm (centrífugas); Robustez e adequação às condições ambientais: imerso, ambientes explosivos, radioativos, etc. Baixo impacto ambiental: baixo ruído e não produz resíduos tóxicos;Alta eficiência e considerável capacidade de sobrecarga; Controle com alto desempenho dinâmico ; Operação em quatro quadrantes; Longa vida útil: baixa vibração e fadiga térmica; Variedade de projetos e soluções.

MOTOR CARGA

w, Te

TL

Te

w

T w T w

T w T w

Freio Motor

Motor Freio

DESVANTAGENS:• Dependência do fornecimento contínuo de energia;• Baixa densidade de potência (saturação magnética e refrigeração)


Máquinas elétricas mais comuns Máquinas de Corrente Contínua (CC) Máquinas de Corrente Alternada (CA)Máquinas Assíncronas ou de InduçãoMáquinas Síncronas


Máquinas elétricas especiais Máquinas a imãs permanentes


Tipo de Atuador Vantagens Desvantagens Aplicações

Motor Elétrico Excelente dinâmicaTecnologia MaduraAmpla variedade deprodutosVários fornecedoresAltas velocidadesExcelente eficiênciaAlto preçoBaixo valor de densidade de torqueRequer grande número de sensores

Máquinas ferramentasCorreias transportadorasElevadores e guinchosRobóticaMáquinas de extrusãoMotor Hidráulico Fácil utilizaçãoAltos níveis de conjugadoFonte de potênciacentralizadaAlta densidade de força

Ruído audívelDificil controle preciso de velocidadeLento posicionamentoVazamentos de óleoBaixa eficiênciaRisco de incêndioManutenção regular

Elevadores de baixa alturaBombasMovimento linearVálvulasMoldagem de metaisMaquinaria pesadaMotor Pneumático Baixo custoFácil utilizaçãoBaixa manutençãoFonte de potênciacentralizada

Requer rede de pressurizaçãoRuído audívelDificil controle de velocidadeBaixa eficiênciaBaixa densidade de forçaNão-linearidadeVálvulasAplicações em alimentos eempacotamentoControle de processos comrisco de incêndio


Tipos deMotoresElétricos

Motor CC Motor CC semescovas

Motor a ImãsPermanentes

Motor deIndução

Vantagens FácilcontrolabilidadeLinearidadecorrente-torqueBaixo ripple detorqueAlta densidade depotênciaAlta razãotorque/inérciaBoa dissipaçãotérmicaBoa capacidade desobrecarga

Alta densidade detorqueAlta eficiênciaConjugado macioAlto conjugadomáximoBoa dissipaçãotérmicaBoa capacidade desobrecarga

Excelente dinâmicaLarga faixa derotaçõesAlta velocidadepossívelBaixo custo esimples construçãoRobustez estruturalVários fabricantesDesvantagens Alta manutençãoBaixa capacidade desobrecargaBaixa dissipaçãotérmica

Alto custoRipple deconjugadoRisco dedesmagnetizaçãodos imãsFaixa estreita derotações

Alto custoRisco dedesmagnetizaçãodos imãsFaixa estreita derotaçõesControle complexoFator de potênciabaixoBaixa eficiência emcargas ;leves


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