Diagrama do controle escalar

Considerando os fundamentos para cria¸c˜ao do fluxo apresentado, o m´etodo de con- trole pode ser realizado conforme o diagrama em blocos da Figura 4.1:

Figura 4.1: Diagrama em blocos do controle escalar.

O controle apresentado pelo diagrama opera sem a presen¸ca de sensores e em malha aberta. Esse tipo de controle n˜ao garante exatid˜ao na imposi¸c˜ao da velocidade do motor, pois esta pode variar devido ao escorregamento. Registra-se que para a aplica¸c˜ao de bombeamento de ´oleo no ambiente submarino, o controle preciso da velocidade n˜ao ´e relevante. Nessa aplica¸c˜ao o relevante ´e o controle da vaz˜ao do flu´ıdo bombeado. Em contrapartida, um sistema submarino possui perdas, devidas ao uso de transformadores, filtros e cabos longos, que precisam ser consideradas e na medida do poss´ıvel compensadas. Assim, um bloco apresentado na malha de controle realiza a compensa¸c˜ao da amplitude em raz˜ao da frequˆencia de opera¸c˜ao do sistema a fim de aplicar V/Hz na m´aquina com raz˜ao constante.

Rampa de velocidade

No esquema da Figura 4.1, o bloco “Referˆencia de velocidade” gera uma rampa de referˆencia em p.u., configurada com a taxa de acelera¸c˜ao da m´aquina. Para determinar a taxa de acelere¸c˜ao, ´e necess´ario levar em considera¸c˜ao aspectos como o coeficiente de in´ercia mecˆanica da bomba e principalmente os aspectos mecˆanicos do processo no qual o sistema de bombeio est´a inserido, conforme apresentado na se¸c˜ao 3.2.

Compensador na tens˜ao de partida

Considerando os benef´ıcios da compensa¸c˜ao de tens˜ao nas baixas velocidades, con- forme apresentado por Chapman [37], o esquema de controle apresenta um bloco

que realiza a compensa¸c˜ao da tens˜ao atrav´es da soma de uma fun¸c˜ao com compor- tamento parab´olico aplicado em Us0 de (4.4). Essa fun¸c˜ao ajustada para o sistema

em estudo resulta em uma rampa de partida conforme ilustrado pela Figura 4.2.

Figura 4.2: Referˆencia para controle escalar V /Hz

Esse padr˜ao apresentado na Figura 4.2 busca harmonizar as formas propostas por [37]. A caracter´ıstica da curva ilustrada est´a ajustada para obter melhores resultados nesse sistema de acionamento de m´aquinas utilizando cabos longos. O formato busca manter fluxo magn´etico constante durante a opera¸c˜ao da m´aquina em baixas velocidades e, desta forma, preservar o alto torque eletromagn´etico de partida, considerando restringir a corrente de magnetiza¸c˜ao no valor nominal ou dentro de um limite para evitar satura¸c˜ao na m´aquina.

Frequˆencia de partida

O ajuste da tens˜ao de offset de partida impacta por consequˆencia na frequˆencia inicial de partida da m´aquina. A determina¸c˜ao do ponto de partida em rela¸c˜ao `a frequˆencia leva em conta as limita¸c˜oes eletromagn´eticas do circuito. Como visto na se¸c˜ao 2.6, a raz˜ao V/Hz impacta na ´area do n´ucleo do transformador e, por consequˆencia, no volume e peso. O mesmo fenˆomeno ocorre no motor.

Considerando que a m´aquina n˜ao ser´a partida com amplitude de tens˜ao iniciando em zero, para evitar a satura¸c˜ao do transformador e do motor, a frequˆencia m´ınima de acionamento da m´aquina deve ser revista e ajustada. Em geral, este valor ´e a frequˆencia de escorregamento nominal da m´aquina Levando em conta que esse sistema est´a sendo projetado para operar entre 35 Hz a 74 Hz e considerando que o motor deste projeto ´e do tipo indu¸c˜ao, o qual suporta escorregamento, n˜ao ser´a

Compensa¸c˜ao da queda de tens˜ao na linha de transmiss˜ao

A compensa¸c˜ao da queda de tens˜ao da linha no modo de controle escalar ´e, neste tra- balho, realizada de duas formas. A queda de tens˜ao na linha de transmiss˜ao, devido `

as componentes resistivas do sistema, s˜ao compensadas pelo ajuste do transforma- dor elevador. Registra-se que o sistema de transmiss˜ao submarino ´e tipicamente projetado para tolerar quedas de tens˜ao entre 10 e 15% [38]. Por outro lado, a queda de tens˜ao dependente da frequˆencia de opera¸c˜ao ´e compensada atrav´es do sistema de controle. Desta forma a atua¸c˜ao do compensador pode ser descrito pela express˜ao:

C(s) = 1 + (1 − G(s)), (4.5)

onde G(s) ´e a fun¸c˜ao de transferˆencia do sistema el´etrico submarino.

A rampa de tens˜ao, que ´e imposta ao circuito, recebe compensa¸c˜ao para ajustar o ganho espectral que ´e distorcido pelo uso do conjunto linha de transmiss˜ao, filtro e transformadores. Ainda a rampa de tens˜ao recebe a sobreposi¸c˜ao da fun¸c˜ao de Us0

que atua somente durante o momento inicial de partida. Modula¸c˜ao

O circuito inversor que possui uma topologia NPC 3/5 com interruptores IGBTs ´e acionado atrav´es de duas t´ecnicas de modula¸c˜ao que operam em faixas distintas de opera¸c˜ao. A faixa inicial, utilizada somente durante a partida da m´aquina, ´e atendida pela t´ecnica SPWM. A faixa de opera¸c˜ao nominal de projeto, 35 Hz a 74 Hz, ´e atendida pela t´ecnica de modula¸c˜ao SHE. A estrat´egia foi adotada para limitar a frequˆencia de chaveamento em baixa frequˆencia a fim de preservar as chaves IGBTs e controlar o conte´udo harmˆonico do sistema. A Figura 4.3 ilustra a estrat´egia de chaveamento apresentando a primeira harmˆonica da comuta¸c˜ao no eixo das ordenadas e a frequˆencia de opera¸c˜ao da m´aquina no eixo das abscissas. Na figura, N ´e o n´umero de comuta¸c˜oes por ciclo da frequˆencia de sa´ıda do inversor. Na opera¸c˜ao com a t´ecnica SPWM a modula¸c˜ao opera com frequˆencia fixa de comuta¸c˜ao em 1110 Hz.

Figura 4.3: Padr˜ao de chaveamento.

O diagrama do circuito que realiza a comuta¸c˜ao da modula¸c˜ao SPWM para a SHE-PWM ´e apresentado na Figura 4.4.

Figura 4.4: Circuito comutador de t´ecnica de modula¸c˜ao.

No diagrama apresentado na Figura 4.4, o controle recebe como entrada o sinal de referˆencia da magnitude da tens˜ao do estator e o ˆangulo de fase el´etrico. Com esse sinal o circuito modulador sincroniza os devidos disparos. O circuito tamb´em recebe o sinal de comando de velocidade da m´aquina. Esse sinal serve de referˆencia para comutar os blocos moduladores entre SHE-PWM e SPWM. A sa´ıda do bloco “Modulador” entrega os pulsos que realizam os disparos no inversor NPC.