acionamento 12 afundamento de tensao

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA

18/06/2008

CONVERSORES DE FREQUÊNCIA VSI-PWM

SUBMETIDOS A AFUNDAMENTOS

TEMPORÁRIOS DE TENSÃO

(“VOLTAGE SAGS”)




18/06/2008

Autores do artigo:

� Paulo C. A. Leão (Departamento de Engenharia Elétrica –

Universidade Federal de São João del-Rei – UFSJ)

� José C. de Oliveira (Departamento de Engenharia Elétrica –

Universidade Federal de Uberlândia – UFU)

� Kleiber D. Rodrigues (Departamento de Engenharia Elétrica –

Universidade Federal de Uberlândia – UFU)

Controle & Automação vol.14 no.1 Mar. 2003




18/06/2008

� Existe uma interdependência entre a operação de conversores de freqüência e uma das manifestações mais comuns para a perda de qualidade de um suprimento elétrico: a ocorrência do afundamento temporário de tensão (“voltage sag”).




18/06/2008

� Os acionamentos com velocidade variável mais

utilizados são os que utilizam inversores por tensão imposta (VSI – Voltage Source Inverters), com controle PWM senoidal;

� Atualmente, é crescente a sua utilização devido a melhorias no processo de controle e aumento

da eficiência em instalações industriais.




18/06/2008

� Itens que comprometem a qualidade do padrão de fornecimento:

� Desequilíbrios de tensão;

� Distorções harmônicas;

� Afundamentos temporários da tensão de alimentação (“voltage sags”).

� Elevações temporárias da tensão de alimentação (“voltage swells”).




18/06/2008

� Afundamento de tensão é o principal fenômeno responsável pela interrupção parcial ou total de processos produtivos;

� Para se determinar o grau de suportabilidade admissível para a perda da qualidade da alimentação dos conversores de freqüência (VSI-PWM) submetido a afundamentos temporários de tensão, foi utilizado uma modelagem computacional especialmente desenvolvida para a representação destes equipamentos que éimplementada no simulador Saber.




18/06/2008

� Afundamento de tensão é definido como sendo um decréscimo entre 0,1 e 0,9 pu do valor nominal da tensão, com duração entre 1 ciclo e 1 minuto;

� Nesta apresentação serão mostrados apenas dois tipos de afundamentos:

� Afundamento trifásico;

� Afundamento monofásico.




18/06/2008

Conversor de Frequência VSI-PWM




18/06/2008

� Para analisar o impacto dos afundamentos de tensão em um conversor de frequência foi utilizada a modelagem de um motor e os seus dados foram obtidos de um motor comercial. Também, são utilizados os dados de um conversor comercial.

Suportabilidade dos conversores quanto aos

afundamentos temporários de tensão




18/06/2008

� Sistema de alimentação CA: sob condições ideais, com tensão eficaz de linha VL

igual a 220V, e impedância interna constituída de resistência de 0,7 Ώ e indutância de 0,01 mH;

� Conversor de freqüência: VSI, com sistema de controle PWM senoidal, 2,7 kVA,

freqüência de chaveamento de 2440Hz, indutância de elo CC de 0,1 mH ecapacitância de 2200 µF;

� Motor de indução: trifásico, com rotor tipo gaiola de esquilo, 2CV, 4 pólos, 60Hz, r1=3,29 Ώ, x1=2,87 Ώ, r2=2,36 Ώ, x2=2,91 Ώ, xm=85,45 Ώ

� Carga: Tipo torque constante

� Chaves do conversor consideradas ideais;

Simulação computacional




18/06/2008

� Exemplo de um afundamento monofásico de tensão;

� Causa: curto-circuito monofásico na concessionária.




18/06/2008

� Simulação:

� Com o sistema operando em regime permanente, na tensão nominal, aplicou-se

afundamentos temporários de tensão, no instante t=0,5s e, após 6 ciclos, as condições

nominais de tensão foram restauradas.

� Aplicação de um afundamento monofásico.

� A figura mostra as tensões de alimentação do conversor na presença de um afundamento

temporário de tensão para 50% da magnitude da tensão na fase A, aplicado em t=0,5s, com duração de 6 ciclos.




18/06/2008

� Durante o afundamento de tensão na fase A, os diodos D1 e D4 ficam reversamente polarizados, pois a tensão do barramento CC ésuperior às respectivas tensões de linha Vab e Vac;

� O retificador de entrada passa a operar como um retificador monofásico em ponte, alimentado através da tensão Vbc, que permanece em seu valor nominal;




18/06/2008

� A figura mostra a corrente de entrada do retificador para as três fases. Os diodos D1 e D4 não conduzem e a corrente na fase A durante o “voltage sag”é nula. A potência entregue ao inversor passa a ser suprida pela tensão Vbc, o que implica uma elevação das correntes nas linhas b e c.




18/06/2008

� A tensão e a corrente do elo CC são mostradas na figura abaixo. Observa-

se uma redução na tensão média do barramento CC e a presença de um “ripple”de tensão significativo.

� O capacitor de filtro opera com uma corrente eficaz superior a situação normal, o que pode comprometer a sua durabilidade.




18/06/2008

� A figura abaixo mostra as tensões de saída de saída PWM do inversor;

� A influência do afundamento de tensão na fase A de entrada é quase imperceptível nas tensões de saída, devido à pouca redução da tensão no barramento CC;




18/06/2008

� O efeito desse afundamento para as correntes de saída do inversor

é pequeno.




18/06/2008

� Considerando como referência a amplitude da componente fundamental, ocorre, durante o “sag”,

uma redução de cerca de 5% na componente da tensão e um aumento de igual percentual na

componente da corrente.

� A continuidade da operação do sistema durante o afundamento de tensão depende da capacidade de corrente dos dispositivos eletrônicos envolvidos e do respectivo limite de proteção

imposto;

� A figura mostra a elevação da corrente de entrada do conversor, em pu, para a operação normal

e para uma situação de “voltage sag”, em função da carga.




18/06/2008

Afundamento Trifásico




18/06/2008

� Correntes na entrada – Afundamento trifásico




18/06/2008

� Tensão e corrente no elo c.c. -- Afundamento Trifásico




18/06/2008

� Tensões de saída do Conversor – Afundamento Trifásico




18/06/2008

� Correntes de saída do conversor – Afundamento Trifásico




18/06/2008

� Resultados experimentais

� O sistema utilizado em laboratório para validação da modelagem e verificação do

desempenho dos conversores foi constituído por uma fonte programável destinada a

reproduzir alimentações ideais e não ideais, um conversor de freqüência comercial, carga

motora e instrumentos de medição e aquisição de dados;

� Os ensaios realizados permitiram também avaliar o grau de suportabilidade dos conversores

a afundamentos temporários de tensão, expresso em curvas de tolerância, relacionando

intensidade e tempo de duração dos “sags”.




18/06/2008

� Resultados Experimentais – Afundamento Trifásico.

� Tensão de entrada e corrente de entrada.




18/06/2008

� Resultados Experimentais – Afundamento Trifásico

� Tensão no elo c.c.




18/06/2008

� Resultados Experimentais – Afundamento Trifásico.

� Tensão e corrente de saída do conversor.

� A proteção contra sobrecorrente atuou ao término do sag.




18/06/2008

� Para o caso ilustrado, a proteçãoao contra sobrecorrente do conversor atuou ao término do "sag", devido ao pico de corrente imposto no retorno às condições normais de operação, desabilitando o equipamento. Em outras situações em que ocorreu a desabilitação, a proteção atuou devido à subtensão presente no barramento CC.




18/06/2008

� Curva de Tolerância de Tensão CBEMA (Computer Business Equipment ManufacturersAssociation).




18/06/2008

� Curva de Tolerância de Tensão ITIC (InformationTechnology Industry Council).

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