Validação do funcionamento do motor de indução

Foram elaborados dois testes para verificar o correto funcionamento do motor de indução. Ambos os testes foram simulados utilizando os dois passos de integração (𝑇𝑆) citados

anteriormente, entretanto, visto que ambas condições proporcionaram resultados convergentes, serão aqui mostrados somente os resultados para a simulação realizada com passo de 1 µs. Por se tratar de um teste que não envolve a análise de sinais inter-harmônicos e também pelo fato do sistema ser apenas aquele vinculado à alimentação do motor, o tempo total de simulação pôde ser reduzido para 2 segundos.

4.1.1 Teste 1: Resposta do motor à variação da condição imposta para

potência ativa consumida e fator de potência

O objetivo deste teste é avaliar se o consumo do motor varia conforme os valores impostos para potência ativa e fator de potência (FP) em seu bloco “Tensão_Rotor”. Portanto, para este teste, tais parâmetros foram alterados ao longo do tempo, de acordo com as informações contidas na Tabela 22.

Tabela 22 – Dados para execução do Teste 1 do motor de indução no Simulink. Tempo Potência Ativa Fator de Potência Potência Reativa

0 a 0,1 segundos 0 kW 0,9 0 kVAr 0,1 a 0,5 segundos 200 kW 0,9 96,864 kVAr 0,5 a 0,8 segundos 200 kW 0,7 204,041 kVAr 0,8 a 1,1 segundos 600 kW 0,9 290,593 kVAr 1,1 a 1,4 segundos 400 kW 0,85 247,898 kVAr 1,4 a 1,7 segundos 100 kW 1 0 kVAr 1,7 a 2 segundos 300 kW 0,65 350,738 kVAr

Fonte: Autoria própria.

A Tabela 22 também inclui o valor de potência reativa correspondente à cada condição. O arranjo simulado é apresentado na Figura 27(a). O bloco em amarelo, “Consumo”, é o responsável pela variação dos valores de potência ativa e fator de potência ao longo da simulação, conforme mostrado em detalhes na Figura 27(b).

Figura 27 – Teste 1 do motor de indução: (a) arranjo simulado no Simulink e (b) detalhes do bloco “Consumo”.

O consumo do motor foi verificado a partir do medidor de potência correspondente ao bloco azul escuro na Figura 27(a).

A Figura 28 exibe os resultados das potências e fator de potência obtidos na simulação.

Figura 28 – Potências ativa, reativa e fator de potência do motor obtidos ao longo do Teste 1 para 𝑇𝑆 = 1 𝜇𝑠.

Fonte: Autoria própria.

Os resultados obtidos comprovam que a operação do motor responde adequadamente à variação das condições de potência ativa e fator de potência impostas ao bloco “Tensão_Rotor”. Observa-se que o valores de potência e fator de potência atingiram os resultados esperados, conforme a Tabela 22, após um pequeno transitório a partir da imposição dos valores na entrada

do bloco “Tensão_Rotor”. O transitório encontrado no período inicial de simulação (de 0 a 0,1 s) foi desconsiderado por se tratar de um período de inicialização do sistema modelado.

4.1.2 Teste 2: Resposta do motor à variação da tensão da barra de

suprimento

O objetivo deste teste é averiguar se a potência consumida pelo motor se mantém conforme os valores impostos mesmo nas situações em que a tensão de suprimento do motor sofre variações ao longo do tempo. Na prática, estas variações poderiam ser provocadas, entre outros fatores, pela conexão e/ou desconexão de cargas no sistema, de acordo com suas naturezas – indutiva ou capacitiva. Portanto, para este teste, a potência ativa e o fator de potência impostos na entrada do bloco “Tensão_Rotor” foram mantidos constantes (200 kW e 0,9), enquanto utilizou-se um banco de capacitores e uma carga RL para variar a tensão no barramento ao longo do tempo. O circuito simulado é mostrado na Figura 29.

Figura 29 – Teste 2 do motor de indução: arranjo simulado no Simulink.

Fonte: Autoria própria.

O banco de capacitores possui potência de 150 kVAr, enquanto a Carga RL possui potência ativa de 400 kW e FP igual a 0,85. Apresenta-se na Tabela 23 os instantes de conexão e desconexão, parametrizados nos disjuntores, das cargas durante a simulação.

Tabela 23 – Dados para execução do Teste 2 do motor de indução no Simulink.

Tempo Banco de Capacitores Carga RL

0 a 0,5 segundos - -

0,5 a 0,8 segundos - Conectada

0,8 a 1,1 segundos - -

1,1 a 1,4 segundos Conectado -

1,4 a 1,7 segundos - -

1,7 a 2 segundos Conectado Conectada

A Figura 30 exibe os resultados das potências e fator de potência obtidos na simulação do Teste 2, enquanto que a Figura 31 mostra a variação da tensão RMS na barra que supre o motor de indução.

Figura 30 – Potências ativa, reativa e fator de potência do motor obtidos ao longo do Teste 2 para 𝑇𝑆 = 1𝜇𝑠.

Figura 31 – Variação da tensão de suprimento (𝑉𝐴𝐶) do motor ao longo do Teste 2 para 𝑇𝑆 =

1 𝜇𝑠.

Fonte: Autoria própria.

Os resultados demonstram que a operação do motor implementado responde adequadamente à variação da tensão de suprimento. Observa-se que a cada variação da tensão de suprimento, os valores de potência e fator de potência retornam aos valores impostos no bloco “Tensão_Rotor”, após um pequeno período transitório.

Portanto, a partir dos resultados obtidos, nos dois testes realizados, confirma-se o correto funcionamento do motor de indução implementado no arranjo do Benchmark no Simulink.

A modelagem do motor de indução adotada pelo Benchmark IEEE-HCD pode ser, de fato, questionada por não corresponder à operação real deste equipamento nos sistemas elétricos. Entretanto, acredita-se que esta abordagem foi adotada para facilitar a definição do valor de potência consumida por este equipamento nas três condições de operação do

Benchmark. Em cada uma das condições apresentadas na Tabela 6, a tensão de operação a qual

o motor está submetido varia, moderadamente, devido às alterações nas potências e/ou inclusão/remoção de equipamentos no sistema-teste. Portanto, ao utilizar-se o equacionamento proposto, é necessário apenas informar, como dado de entrada na simulação, o valor da potência ativa e o fator de potência do motor desejado para cada uma das condições de operação, conforme os valores informados na Tabela 6.