Revista Teacutecnico-Cientiacutefica |Nordm15| Junho de 2015

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EUTRO Agrave TERRA

Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Engenharia Electroteacutecnica ndash Aacuterea de Maacutequinas e Instalaccedilotildees Eleacutectricas

Mantendo o compromisso que temos convosco voltamos agrave vossa presenccedila

com mais uma publicaccedilatildeo Esta jaacute eacute a deacutecima quinta ediccedilatildeo da nossa revista e

continua a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicaccedilotildees

particularmente em paiacuteses estrangeiros como o Brasil Angola os Estados

Unidos e Alemanha Este facto daacute-nos a motivaccedilatildeo necessaacuteria para

continuarmos empenhados no nosso objetivo ou seja fazer desta revista uma

referecircncia a niacutevel nacional e internacional nas aacutereas da Engenharia

Eletroteacutecnica em que nos propomos intervir

Joseacute Beleza Carvalho Professor Doutor

Maacutequinas EleacutetricasPaacuteg05

EnergiasRenovaacuteveis

Paacuteg 31

InstalaccedilotildeesEleacutetricasPaacuteg 47

Telecomunicaccedilotildees

Paacuteg 53

Seguranccedila

Paacuteg 57

Gestatildeo de Energia e Eficiecircncia Energeacutetica

Paacuteg61

AutomaccedilatildeoDomoacutetica

Paacuteg 67

Nordm15 sdot 1ordm semestre de 2015 sdot ano 8 sdot ISSN 1647-5496

EU

TR

O Agrave

TE

RR

A

FICHA TEacuteCNICA DIRETOR Joseacute Antoacutenio Beleza Carvalho Doutor

SUBDIRETORES Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes EngordmRoque Filipe Mesquita Brandatildeo DoutorSeacutergio Filipe Carvalho Ramos Engordm

PROPRIEDADE Aacuterea de Maacutequinas e Instalaccedilotildees EleacutetricasDepartamento de Engenharia ElectroteacutecnicaInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTATOS jbcisepipppt aagisepipppt

Iacutendice

03| Editorial

05| Maacutequinas Eleacutetricas

Controlo vetorial (FOC) de um motor de induccedilatildeo trifaacutesico aplicado a um veiacuteculo eleacutetrico

Pedro Melo

Manutenccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias em motores de induccedilatildeo trifaacutesicos

Pedro Melo

31| Energias Renovaacuteveis

Aproveitamento hidroeleacutetrico da bacia do Douro um olhar criacutetico

Antoacutenio Machado e Moura

Sistemas Eoacutelicos de Energia mais Leves que o Ar

Andreacute Filipe Pereira Ponte Joseacute Carlos P Cerqueira Maacuterio Andreacute S Fonseca

47| Instalaccedilotildees Eleacutetricas

Energia em qualquer situaccedilatildeo Grupos eletrogeacuteneos

Nelson Gonccedilalves

53| Telecomunicaccedilotildees

Resenha Histoacuterica da Regulamentaccedilatildeo de Infraestruturas de Telecomunicaccedilotildees em Loteamentos

Urbanizaccedilotildees e Conjuntos de Edifiacutecios (ITUR) em Portugal

Antoacutenio Gomes Rui Castro Seacutergio Filipe Carvalho Ramos

57| Seguranccedila

Deteccedilatildeo de incecircndios em tuacuteneis rodoviaacuterios

Carlos Neves

61| Gestatildeo de Energia e Eficiecircncia Energeacutetica

Reduza a sua fatura de eletricidade e poupe dinheiro Como optar pelo melhor comercializador de

energia

Luiacutes Rodrigues Pedro Pereira Judite Ferreira

67| Automaccedilatildeo e Domoacutetica

SMART CITY ndash O Futuro jaacute Acontece

Paulo Gonccedilalves

70| Autores

PUBLICACcedilAtildeO SEMESTRAL ISSN 1647-5496

EDITORIAL

3

Estimados leitores

Mantendo o compromisso que temos convosco voltamos agrave vossa presenccedila com mais uma publicaccedilatildeo Esta jaacute eacute a deacutecima quinta

ediccedilatildeo da nossa revista e continua a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicaccedilotildees particularmente em paiacuteses

estrangeiros como o Brasil Angola os Estados Unidos e Alemanha Este facto daacute-nos a motivaccedilatildeo necessaacuteria para continuarmos

empenhados no nosso objetivo ou seja fazer desta revista uma referecircncia a niacutevel nacional e internacional nas aacutereas da

Engenharia Eletroteacutecnica em que nos propomos intervir Nesta ediccedilatildeo destacam-se os assuntos relacionados com as maacutequinas

eleacutetricas as energias renovaacuteveis as instalaccedilotildees eleacutetricas as telecomunicaccedilotildees a gestatildeo de energia e a eficiecircncia energeacutetica

Nesta ediccedilatildeo da revista merece particular destaque a colaboraccedilatildeo do Professor Doutor Machado e Moura Professor

Catedraacutetico na FEUP com a publicaccedilatildeo de um importante artigo sobre ldquoAproveitamento Hidroeleacutetrico na Bacia do Dourordquo

Neste artigo faz-se uma breve resenha histoacuterica da evoluccedilatildeo do aproveitamento dos recursos hiacutedricos nacionais em termos

hidroeleacutetricos bem como uma anaacutelise da situaccedilatildeo atual O artigo destaca a insuficiecircncia das obras hidraacuteulicas ateacute agora

realizadas a niacutevel das nossas principais bacias em particular no caso da bacia portuguesa do Douro e alerta para as nefastas

consequecircncias que poderiam advir caso a situaccedilatildeo natildeo se alterasse

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo satildeo usados na maioria dos sistemas eletromecacircnicos e estatildeo muito

disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de velocidade A sua simplicidade e robustez aliadas a baixos preccedilos e ampla

gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais razotildees Por estas razotildees a sua manutenccedilatildeo reveste-se de enorme importacircncia

A monitorizaccedilatildeo contiacutenua dos equipamentos eacute o elemento chave dos atuais sistemas de manutenccedilatildeo condicionada A anaacutelise

espectral da corrente absorvida pelo motor estaacute muito implantada na induacutestria mas apresenta vaacuterias limitaccedilotildees Diversos

meacutetodos de deteccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias tecircm sido desenvolvidos baseados nas muacuteltiplas grandezas que caracterizam o

funcionamento do motor Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se dois artigos cientiacuteficos de enorme valor que analisam aplicaccedilatildeo

do controlo vetorial na utilizaccedilatildeo de MI aplicados aos veiacuteculos eleacutetricos e um artigo sobre manutenccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias

em MI trifaacutesicos

O mercado liberalizado de comercializaccedilatildeo de energia eleacutetrica tem evoluiacutedo ao longo dos anos e cada vez mais o consumidor de

energia tem em seu poder enumeras opccedilotildees de escolha Em paralelo com a evoluccedilatildeo deste mercado anda o mercado do gaacutes

natural O consumidor interessado no mercado liberalizado deve ponderar a sua escolha no caso de ser consumidor de gaacutes

natural Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um artigo ldquoReduza a sua fatura de eletricidade e poupe dinheiro Como optar pelo

melhor comercializador de energiardquo onde eacute analisado o processo de decisatildeo da escolha do comercializador de energia mais

adequado a cada tipo de perfil de consumidor

No acircmbito das telecomunicaccedilotildees nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um interessante artigo que faz uma resenha histoacuterica da

evoluccedilatildeo das telecomunicaccedilotildees e da regulamentaccedilatildeo das infraestruturas de telecomunicaccedilotildees em loteamentos urbanizaccedilotildees e

conjuntos de edifiacutecios em Portugal ao longo dos uacuteltimos anos

Nesta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo pode-se ainda encontrar outros assuntos muito interessantes e atuais como um artigo

sobre Grupos Eletrogeacuteneos e os principais criteacuterios que se devem adotar no seu dimensionamento um artigo que aborda a

Deteccedilatildeo de Incecircndios em Tuacuteneis Rodoviaacuterios e um artigo muito importante sobre Eficiecircncia na Iluminaccedilatildeo de espaccedilos puacuteblicos

apresentando-se o caso da cidade de Aacutegueda que foi premiada com o selo Smart City

Fazendo votos que esta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo vaacute novamente ao encontro das expectativas dos nossos leitores

apresento os meus cordiais cumprimentos

Porto junho de 2015

Joseacute Antoacutenio Beleza Carvalho

DIVULGACcedilAtildeO

4

ENERGY OPEN DAY

28 DE JULHO 2015

Com o objetivo de promover o intercacircmbio entre a comunidade acadeacutemica e o setor empresarial o curso de Engenharia

Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricas de Energia do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) organiza o evento ldquoEnergy

Open Dayrdquo no dia 28 de julho de 2015

O evento constaraacute de um Ted Talk durante a manhatilde e da apresentaccedilatildeo dos trabalhos de final de curso durante a tarde

O Ted Talk contaraacute com a presenccedila de um painel de convidados que refletiratildeo sobre as tendecircncias da energia nos planos

teacutecnico social e econoacutemico e sobre o papel que o ensino superior deve desempenhar na formaccedilatildeo de engenheiros Para

aleacutem de profissionais da aacuterea da Energia neste painel tambeacutem estaraacute o historiador Joel Cleto que apresentaraacute uma

perspetiva diferente do tema

Programa 0930h Acolhimento e boas vindas

1000h Ted Talk ldquoEnergia nos caminhos do Futurordquo

1200h Coffee break e exposiccedilatildeo dos trabalhos

1300h Pausa para Almoccedilo

1430h Apresentaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo de trabalhos de fim de curso

Inscriccedilatildeo gratuita mas obrigatoacuteria aagisepipppt

ARTIGO TEacuteCNICO

5

I INTRODUCcedilAtildeO

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo

estatildeo muito disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de

velocidade (ldquodrivesrdquo) A sua simplicidade e robustez aliadas

a baixos preccedilos (comparativamente com outras maacutequinas) e

ampla gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais

razotildees

A evoluccedilatildeo verificada nos domiacutenios da eletroacutenica de

potecircncia e nos sistemas de controlo (em particular o

controlo digital) permitiram aplicar os MI em sistemas de

elevado desempenho dinacircmico (eg controlo de binaacuterio

eou posiccedilatildeo) substituindo os motores DC cujas

caracteriacutesticas dinacircmicas e simplicidade de controlo os

tornavam a primeira escolha em tais aplicaccedilotildees Com efeito

as ldquodrivesrdquo baseadas em MI apresentam caracteriacutesticas

dinacircmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC incluindo a

possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do

plano (T nr) No entanto a complexidade do conversores e

sobretudo dos sistemas de controlo eacute muito mais elevada

nos sistemas AC Os sistemas baseados no controlo vetorial

satildeo os mais usuais nas ldquodrivesrdquo baseadas nas maacutequinas AC

convencionais (assiacutencronas e siacutencronas) Existem outras

metodologias tambeacutem usadas na induacutestria (eg controlo

direto do binaacuterio ndash DTC) mas neste trabalho somente o

controlo vetorial seraacute abordado

No domiacutenio do controlo vectorial existem diversas variantes

sendo o meacutetodo mais poderoso e utilizado o controlo por

orientaccedilatildeo de campo (Field Oriented Control ndash FOC) Desde

finais da deacutecada de 60 do seacuteculo passado tecircm vindo a ser

desenvolvidos vaacuterios meacutetodos de controlo por orientaccedilatildeo de

campo [1] Na sua essecircncia assentam numa filosofia

semelhante aos sistemas DC controlo independente do

fluxo magneacutetico e do binaacuterio desenvolvido A sua

implementaccedilatildeo assenta na consideraccedilatildeo de um referencial

que gira com velocidade instantacircnea igual agrave do campo

girantegirante (referencial siacutencrono) estando alinhado em

qualquer instante com a posiccedilatildeo desse mesmo campo

O mais eficaz eacute sem duacutevida o controlo por orientaccedilatildeo do

campo do rotor sendo por isso o mais usual No entanto a

implementaccedilatildeo deste processo em AC eacute bastante mais

complexa para aleacutem dos valores das amplitudes eacute tambeacutem

necessaacuterio o controlo instantacircneo da posiccedilatildeo relativa dos

fasores da expressatildeo anterior ou seja eacute imprescindiacutevel o

conhecimento em cada instante da posiccedilatildeo espacial do

fluxo do rotor em relaccedilatildeo ao estator (ie referencial fixado

ao estator)

II ROTOR FOC

A implementaccedilatildeo do controlo por orientaccedilatildeo de campo

rotoacuterico assenta na conversatildeo da maacutequina polifaacutesica em

anaacutelise (natildeo necessariamente trifaacutesica) num sistema bifaacutesico

equivalente (eixos ortogonais d-q) definido no referencial

siacutencrono ωΨr A Figura 1 ilustra os conceitos associados ao

controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor ndash Rotor FOC (com

base em [2])

Figura 1 Controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor em MI

O Rotor FOC assenta na definiccedilatildeo das equaccedilotildees eleacutetricas e

magneacuteticas no referencial siacutencrono (ωΨr= 2πfp (rads-1))

sendo a direccedilatildeo do fluxo do rotor alinhada em cada

instante com o eixo d desse referencial As partes real e

imaginaacuteria do fasor espacial corrente estatoacuterica (is) satildeo

respetivamente if e iT pelo que

Pedro MeloInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTROLO VETORIAL (FOC) DE UM MOTOR DE INDUCcedilAtildeO TRIFAacuteSICO APLICADO A

UM VEIacuteCULO ELEacuteTRICO

1 Poderaacute ser considerado qualquer um dos campos girantes presentes no motor estator entreferro ou rotor

ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

EU

TR

O Agrave

TE

RR

A

FICHA TEacuteCNICA DIRETOR Joseacute Antoacutenio Beleza Carvalho Doutor

SUBDIRETORES Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes EngordmRoque Filipe Mesquita Brandatildeo DoutorSeacutergio Filipe Carvalho Ramos Engordm

PROPRIEDADE Aacuterea de Maacutequinas e Instalaccedilotildees EleacutetricasDepartamento de Engenharia ElectroteacutecnicaInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTATOS jbcisepipppt aagisepipppt

Iacutendice

03| Editorial

05| Maacutequinas Eleacutetricas

Controlo vetorial (FOC) de um motor de induccedilatildeo trifaacutesico aplicado a um veiacuteculo eleacutetrico

Pedro Melo

Manutenccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias em motores de induccedilatildeo trifaacutesicos

Pedro Melo

31| Energias Renovaacuteveis

Aproveitamento hidroeleacutetrico da bacia do Douro um olhar criacutetico

Antoacutenio Machado e Moura

Sistemas Eoacutelicos de Energia mais Leves que o Ar

Andreacute Filipe Pereira Ponte Joseacute Carlos P Cerqueira Maacuterio Andreacute S Fonseca

47| Instalaccedilotildees Eleacutetricas

Energia em qualquer situaccedilatildeo Grupos eletrogeacuteneos

Nelson Gonccedilalves

53| Telecomunicaccedilotildees

Resenha Histoacuterica da Regulamentaccedilatildeo de Infraestruturas de Telecomunicaccedilotildees em Loteamentos

Urbanizaccedilotildees e Conjuntos de Edifiacutecios (ITUR) em Portugal

Antoacutenio Gomes Rui Castro Seacutergio Filipe Carvalho Ramos

57| Seguranccedila

Deteccedilatildeo de incecircndios em tuacuteneis rodoviaacuterios

Carlos Neves

61| Gestatildeo de Energia e Eficiecircncia Energeacutetica

Reduza a sua fatura de eletricidade e poupe dinheiro Como optar pelo melhor comercializador de

energia

Luiacutes Rodrigues Pedro Pereira Judite Ferreira

67| Automaccedilatildeo e Domoacutetica

SMART CITY ndash O Futuro jaacute Acontece

Paulo Gonccedilalves

70| Autores

PUBLICACcedilAtildeO SEMESTRAL ISSN 1647-5496

EDITORIAL

3

Estimados leitores

Mantendo o compromisso que temos convosco voltamos agrave vossa presenccedila com mais uma publicaccedilatildeo Esta jaacute eacute a deacutecima quinta

ediccedilatildeo da nossa revista e continua a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicaccedilotildees particularmente em paiacuteses

estrangeiros como o Brasil Angola os Estados Unidos e Alemanha Este facto daacute-nos a motivaccedilatildeo necessaacuteria para continuarmos

empenhados no nosso objetivo ou seja fazer desta revista uma referecircncia a niacutevel nacional e internacional nas aacutereas da

Engenharia Eletroteacutecnica em que nos propomos intervir Nesta ediccedilatildeo destacam-se os assuntos relacionados com as maacutequinas

eleacutetricas as energias renovaacuteveis as instalaccedilotildees eleacutetricas as telecomunicaccedilotildees a gestatildeo de energia e a eficiecircncia energeacutetica

Nesta ediccedilatildeo da revista merece particular destaque a colaboraccedilatildeo do Professor Doutor Machado e Moura Professor

Catedraacutetico na FEUP com a publicaccedilatildeo de um importante artigo sobre ldquoAproveitamento Hidroeleacutetrico na Bacia do Dourordquo

Neste artigo faz-se uma breve resenha histoacuterica da evoluccedilatildeo do aproveitamento dos recursos hiacutedricos nacionais em termos

hidroeleacutetricos bem como uma anaacutelise da situaccedilatildeo atual O artigo destaca a insuficiecircncia das obras hidraacuteulicas ateacute agora

realizadas a niacutevel das nossas principais bacias em particular no caso da bacia portuguesa do Douro e alerta para as nefastas

consequecircncias que poderiam advir caso a situaccedilatildeo natildeo se alterasse

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo satildeo usados na maioria dos sistemas eletromecacircnicos e estatildeo muito

disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de velocidade A sua simplicidade e robustez aliadas a baixos preccedilos e ampla

gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais razotildees Por estas razotildees a sua manutenccedilatildeo reveste-se de enorme importacircncia

A monitorizaccedilatildeo contiacutenua dos equipamentos eacute o elemento chave dos atuais sistemas de manutenccedilatildeo condicionada A anaacutelise

espectral da corrente absorvida pelo motor estaacute muito implantada na induacutestria mas apresenta vaacuterias limitaccedilotildees Diversos

meacutetodos de deteccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias tecircm sido desenvolvidos baseados nas muacuteltiplas grandezas que caracterizam o

funcionamento do motor Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se dois artigos cientiacuteficos de enorme valor que analisam aplicaccedilatildeo

do controlo vetorial na utilizaccedilatildeo de MI aplicados aos veiacuteculos eleacutetricos e um artigo sobre manutenccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias

em MI trifaacutesicos

O mercado liberalizado de comercializaccedilatildeo de energia eleacutetrica tem evoluiacutedo ao longo dos anos e cada vez mais o consumidor de

energia tem em seu poder enumeras opccedilotildees de escolha Em paralelo com a evoluccedilatildeo deste mercado anda o mercado do gaacutes

natural O consumidor interessado no mercado liberalizado deve ponderar a sua escolha no caso de ser consumidor de gaacutes

natural Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um artigo ldquoReduza a sua fatura de eletricidade e poupe dinheiro Como optar pelo

melhor comercializador de energiardquo onde eacute analisado o processo de decisatildeo da escolha do comercializador de energia mais

adequado a cada tipo de perfil de consumidor

No acircmbito das telecomunicaccedilotildees nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um interessante artigo que faz uma resenha histoacuterica da

evoluccedilatildeo das telecomunicaccedilotildees e da regulamentaccedilatildeo das infraestruturas de telecomunicaccedilotildees em loteamentos urbanizaccedilotildees e

conjuntos de edifiacutecios em Portugal ao longo dos uacuteltimos anos

Nesta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo pode-se ainda encontrar outros assuntos muito interessantes e atuais como um artigo

sobre Grupos Eletrogeacuteneos e os principais criteacuterios que se devem adotar no seu dimensionamento um artigo que aborda a

Deteccedilatildeo de Incecircndios em Tuacuteneis Rodoviaacuterios e um artigo muito importante sobre Eficiecircncia na Iluminaccedilatildeo de espaccedilos puacuteblicos

apresentando-se o caso da cidade de Aacutegueda que foi premiada com o selo Smart City

Fazendo votos que esta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo vaacute novamente ao encontro das expectativas dos nossos leitores

apresento os meus cordiais cumprimentos

Porto junho de 2015

Joseacute Antoacutenio Beleza Carvalho

DIVULGACcedilAtildeO

4

ENERGY OPEN DAY

28 DE JULHO 2015

Com o objetivo de promover o intercacircmbio entre a comunidade acadeacutemica e o setor empresarial o curso de Engenharia

Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricas de Energia do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) organiza o evento ldquoEnergy

Open Dayrdquo no dia 28 de julho de 2015

O evento constaraacute de um Ted Talk durante a manhatilde e da apresentaccedilatildeo dos trabalhos de final de curso durante a tarde

O Ted Talk contaraacute com a presenccedila de um painel de convidados que refletiratildeo sobre as tendecircncias da energia nos planos

teacutecnico social e econoacutemico e sobre o papel que o ensino superior deve desempenhar na formaccedilatildeo de engenheiros Para

aleacutem de profissionais da aacuterea da Energia neste painel tambeacutem estaraacute o historiador Joel Cleto que apresentaraacute uma

perspetiva diferente do tema

Programa 0930h Acolhimento e boas vindas

1000h Ted Talk ldquoEnergia nos caminhos do Futurordquo

1200h Coffee break e exposiccedilatildeo dos trabalhos

1300h Pausa para Almoccedilo

1430h Apresentaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo de trabalhos de fim de curso

Inscriccedilatildeo gratuita mas obrigatoacuteria aagisepipppt

ARTIGO TEacuteCNICO

5

I INTRODUCcedilAtildeO

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo

estatildeo muito disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de

velocidade (ldquodrivesrdquo) A sua simplicidade e robustez aliadas

a baixos preccedilos (comparativamente com outras maacutequinas) e

ampla gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais

razotildees

A evoluccedilatildeo verificada nos domiacutenios da eletroacutenica de

potecircncia e nos sistemas de controlo (em particular o

controlo digital) permitiram aplicar os MI em sistemas de

elevado desempenho dinacircmico (eg controlo de binaacuterio

eou posiccedilatildeo) substituindo os motores DC cujas

caracteriacutesticas dinacircmicas e simplicidade de controlo os

tornavam a primeira escolha em tais aplicaccedilotildees Com efeito

as ldquodrivesrdquo baseadas em MI apresentam caracteriacutesticas

dinacircmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC incluindo a

possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do

plano (T nr) No entanto a complexidade do conversores e

sobretudo dos sistemas de controlo eacute muito mais elevada

nos sistemas AC Os sistemas baseados no controlo vetorial

satildeo os mais usuais nas ldquodrivesrdquo baseadas nas maacutequinas AC

convencionais (assiacutencronas e siacutencronas) Existem outras

metodologias tambeacutem usadas na induacutestria (eg controlo

direto do binaacuterio ndash DTC) mas neste trabalho somente o

controlo vetorial seraacute abordado

No domiacutenio do controlo vectorial existem diversas variantes

sendo o meacutetodo mais poderoso e utilizado o controlo por

orientaccedilatildeo de campo (Field Oriented Control ndash FOC) Desde

finais da deacutecada de 60 do seacuteculo passado tecircm vindo a ser

desenvolvidos vaacuterios meacutetodos de controlo por orientaccedilatildeo de

campo [1] Na sua essecircncia assentam numa filosofia

semelhante aos sistemas DC controlo independente do

fluxo magneacutetico e do binaacuterio desenvolvido A sua

implementaccedilatildeo assenta na consideraccedilatildeo de um referencial

que gira com velocidade instantacircnea igual agrave do campo

girantegirante (referencial siacutencrono) estando alinhado em

qualquer instante com a posiccedilatildeo desse mesmo campo

O mais eficaz eacute sem duacutevida o controlo por orientaccedilatildeo do

campo do rotor sendo por isso o mais usual No entanto a

implementaccedilatildeo deste processo em AC eacute bastante mais

complexa para aleacutem dos valores das amplitudes eacute tambeacutem

necessaacuterio o controlo instantacircneo da posiccedilatildeo relativa dos

fasores da expressatildeo anterior ou seja eacute imprescindiacutevel o

conhecimento em cada instante da posiccedilatildeo espacial do

fluxo do rotor em relaccedilatildeo ao estator (ie referencial fixado

ao estator)

II ROTOR FOC

A implementaccedilatildeo do controlo por orientaccedilatildeo de campo

rotoacuterico assenta na conversatildeo da maacutequina polifaacutesica em

anaacutelise (natildeo necessariamente trifaacutesica) num sistema bifaacutesico

equivalente (eixos ortogonais d-q) definido no referencial

siacutencrono ωΨr A Figura 1 ilustra os conceitos associados ao

controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor ndash Rotor FOC (com

base em [2])

Figura 1 Controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor em MI

O Rotor FOC assenta na definiccedilatildeo das equaccedilotildees eleacutetricas e

magneacuteticas no referencial siacutencrono (ωΨr= 2πfp (rads-1))

sendo a direccedilatildeo do fluxo do rotor alinhada em cada

instante com o eixo d desse referencial As partes real e

imaginaacuteria do fasor espacial corrente estatoacuterica (is) satildeo

respetivamente if e iT pelo que

Pedro MeloInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTROLO VETORIAL (FOC) DE UM MOTOR DE INDUCcedilAtildeO TRIFAacuteSICO APLICADO A

UM VEIacuteCULO ELEacuteTRICO

1 Poderaacute ser considerado qualquer um dos campos girantes presentes no motor estator entreferro ou rotor

ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

EDITORIAL

3

Estimados leitores

Mantendo o compromisso que temos convosco voltamos agrave vossa presenccedila com mais uma publicaccedilatildeo Esta jaacute eacute a deacutecima quinta

ediccedilatildeo da nossa revista e continua a verificar-se um interesse crescente pelas nossas publicaccedilotildees particularmente em paiacuteses

estrangeiros como o Brasil Angola os Estados Unidos e Alemanha Este facto daacute-nos a motivaccedilatildeo necessaacuteria para continuarmos

empenhados no nosso objetivo ou seja fazer desta revista uma referecircncia a niacutevel nacional e internacional nas aacutereas da

Engenharia Eletroteacutecnica em que nos propomos intervir Nesta ediccedilatildeo destacam-se os assuntos relacionados com as maacutequinas

eleacutetricas as energias renovaacuteveis as instalaccedilotildees eleacutetricas as telecomunicaccedilotildees a gestatildeo de energia e a eficiecircncia energeacutetica

Nesta ediccedilatildeo da revista merece particular destaque a colaboraccedilatildeo do Professor Doutor Machado e Moura Professor

Catedraacutetico na FEUP com a publicaccedilatildeo de um importante artigo sobre ldquoAproveitamento Hidroeleacutetrico na Bacia do Dourordquo

Neste artigo faz-se uma breve resenha histoacuterica da evoluccedilatildeo do aproveitamento dos recursos hiacutedricos nacionais em termos

hidroeleacutetricos bem como uma anaacutelise da situaccedilatildeo atual O artigo destaca a insuficiecircncia das obras hidraacuteulicas ateacute agora

realizadas a niacutevel das nossas principais bacias em particular no caso da bacia portuguesa do Douro e alerta para as nefastas

consequecircncias que poderiam advir caso a situaccedilatildeo natildeo se alterasse

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo satildeo usados na maioria dos sistemas eletromecacircnicos e estatildeo muito

disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de velocidade A sua simplicidade e robustez aliadas a baixos preccedilos e ampla

gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais razotildees Por estas razotildees a sua manutenccedilatildeo reveste-se de enorme importacircncia

A monitorizaccedilatildeo contiacutenua dos equipamentos eacute o elemento chave dos atuais sistemas de manutenccedilatildeo condicionada A anaacutelise

espectral da corrente absorvida pelo motor estaacute muito implantada na induacutestria mas apresenta vaacuterias limitaccedilotildees Diversos

meacutetodos de deteccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias tecircm sido desenvolvidos baseados nas muacuteltiplas grandezas que caracterizam o

funcionamento do motor Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se dois artigos cientiacuteficos de enorme valor que analisam aplicaccedilatildeo

do controlo vetorial na utilizaccedilatildeo de MI aplicados aos veiacuteculos eleacutetricos e um artigo sobre manutenccedilatildeo e diagnoacutestico de avarias

em MI trifaacutesicos

O mercado liberalizado de comercializaccedilatildeo de energia eleacutetrica tem evoluiacutedo ao longo dos anos e cada vez mais o consumidor de

energia tem em seu poder enumeras opccedilotildees de escolha Em paralelo com a evoluccedilatildeo deste mercado anda o mercado do gaacutes

natural O consumidor interessado no mercado liberalizado deve ponderar a sua escolha no caso de ser consumidor de gaacutes

natural Nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um artigo ldquoReduza a sua fatura de eletricidade e poupe dinheiro Como optar pelo

melhor comercializador de energiardquo onde eacute analisado o processo de decisatildeo da escolha do comercializador de energia mais

adequado a cada tipo de perfil de consumidor

No acircmbito das telecomunicaccedilotildees nesta ediccedilatildeo da revista apresenta-se um interessante artigo que faz uma resenha histoacuterica da

evoluccedilatildeo das telecomunicaccedilotildees e da regulamentaccedilatildeo das infraestruturas de telecomunicaccedilotildees em loteamentos urbanizaccedilotildees e

conjuntos de edifiacutecios em Portugal ao longo dos uacuteltimos anos

Nesta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo pode-se ainda encontrar outros assuntos muito interessantes e atuais como um artigo

sobre Grupos Eletrogeacuteneos e os principais criteacuterios que se devem adotar no seu dimensionamento um artigo que aborda a

Deteccedilatildeo de Incecircndios em Tuacuteneis Rodoviaacuterios e um artigo muito importante sobre Eficiecircncia na Iluminaccedilatildeo de espaccedilos puacuteblicos

apresentando-se o caso da cidade de Aacutegueda que foi premiada com o selo Smart City

Fazendo votos que esta ediccedilatildeo da revista ldquoNeutro agrave Terrardquo vaacute novamente ao encontro das expectativas dos nossos leitores

apresento os meus cordiais cumprimentos

Porto junho de 2015

Joseacute Antoacutenio Beleza Carvalho

DIVULGACcedilAtildeO

4

ENERGY OPEN DAY

28 DE JULHO 2015

Com o objetivo de promover o intercacircmbio entre a comunidade acadeacutemica e o setor empresarial o curso de Engenharia

Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricas de Energia do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) organiza o evento ldquoEnergy

Open Dayrdquo no dia 28 de julho de 2015

O evento constaraacute de um Ted Talk durante a manhatilde e da apresentaccedilatildeo dos trabalhos de final de curso durante a tarde

O Ted Talk contaraacute com a presenccedila de um painel de convidados que refletiratildeo sobre as tendecircncias da energia nos planos

teacutecnico social e econoacutemico e sobre o papel que o ensino superior deve desempenhar na formaccedilatildeo de engenheiros Para

aleacutem de profissionais da aacuterea da Energia neste painel tambeacutem estaraacute o historiador Joel Cleto que apresentaraacute uma

perspetiva diferente do tema

Programa 0930h Acolhimento e boas vindas

1000h Ted Talk ldquoEnergia nos caminhos do Futurordquo

1200h Coffee break e exposiccedilatildeo dos trabalhos

1300h Pausa para Almoccedilo

1430h Apresentaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo de trabalhos de fim de curso

Inscriccedilatildeo gratuita mas obrigatoacuteria aagisepipppt

ARTIGO TEacuteCNICO

5

I INTRODUCcedilAtildeO

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo

estatildeo muito disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de

velocidade (ldquodrivesrdquo) A sua simplicidade e robustez aliadas

a baixos preccedilos (comparativamente com outras maacutequinas) e

ampla gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais

razotildees

A evoluccedilatildeo verificada nos domiacutenios da eletroacutenica de

potecircncia e nos sistemas de controlo (em particular o

controlo digital) permitiram aplicar os MI em sistemas de

elevado desempenho dinacircmico (eg controlo de binaacuterio

eou posiccedilatildeo) substituindo os motores DC cujas

caracteriacutesticas dinacircmicas e simplicidade de controlo os

tornavam a primeira escolha em tais aplicaccedilotildees Com efeito

as ldquodrivesrdquo baseadas em MI apresentam caracteriacutesticas

dinacircmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC incluindo a

possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do

plano (T nr) No entanto a complexidade do conversores e

sobretudo dos sistemas de controlo eacute muito mais elevada

nos sistemas AC Os sistemas baseados no controlo vetorial

satildeo os mais usuais nas ldquodrivesrdquo baseadas nas maacutequinas AC

convencionais (assiacutencronas e siacutencronas) Existem outras

metodologias tambeacutem usadas na induacutestria (eg controlo

direto do binaacuterio ndash DTC) mas neste trabalho somente o

controlo vetorial seraacute abordado

No domiacutenio do controlo vectorial existem diversas variantes

sendo o meacutetodo mais poderoso e utilizado o controlo por

orientaccedilatildeo de campo (Field Oriented Control ndash FOC) Desde

finais da deacutecada de 60 do seacuteculo passado tecircm vindo a ser

desenvolvidos vaacuterios meacutetodos de controlo por orientaccedilatildeo de

campo [1] Na sua essecircncia assentam numa filosofia

semelhante aos sistemas DC controlo independente do

fluxo magneacutetico e do binaacuterio desenvolvido A sua

implementaccedilatildeo assenta na consideraccedilatildeo de um referencial

que gira com velocidade instantacircnea igual agrave do campo

girantegirante (referencial siacutencrono) estando alinhado em

qualquer instante com a posiccedilatildeo desse mesmo campo

O mais eficaz eacute sem duacutevida o controlo por orientaccedilatildeo do

campo do rotor sendo por isso o mais usual No entanto a

implementaccedilatildeo deste processo em AC eacute bastante mais

complexa para aleacutem dos valores das amplitudes eacute tambeacutem

necessaacuterio o controlo instantacircneo da posiccedilatildeo relativa dos

fasores da expressatildeo anterior ou seja eacute imprescindiacutevel o

conhecimento em cada instante da posiccedilatildeo espacial do

fluxo do rotor em relaccedilatildeo ao estator (ie referencial fixado

ao estator)

II ROTOR FOC

A implementaccedilatildeo do controlo por orientaccedilatildeo de campo

rotoacuterico assenta na conversatildeo da maacutequina polifaacutesica em

anaacutelise (natildeo necessariamente trifaacutesica) num sistema bifaacutesico

equivalente (eixos ortogonais d-q) definido no referencial

siacutencrono ωΨr A Figura 1 ilustra os conceitos associados ao

controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor ndash Rotor FOC (com

base em [2])

Figura 1 Controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor em MI

O Rotor FOC assenta na definiccedilatildeo das equaccedilotildees eleacutetricas e

magneacuteticas no referencial siacutencrono (ωΨr= 2πfp (rads-1))

sendo a direccedilatildeo do fluxo do rotor alinhada em cada

instante com o eixo d desse referencial As partes real e

imaginaacuteria do fasor espacial corrente estatoacuterica (is) satildeo

respetivamente if e iT pelo que

Pedro MeloInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTROLO VETORIAL (FOC) DE UM MOTOR DE INDUCcedilAtildeO TRIFAacuteSICO APLICADO A

UM VEIacuteCULO ELEacuteTRICO

1 Poderaacute ser considerado qualquer um dos campos girantes presentes no motor estator entreferro ou rotor

ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

DIVULGACcedilAtildeO

4

ENERGY OPEN DAY

28 DE JULHO 2015

Com o objetivo de promover o intercacircmbio entre a comunidade acadeacutemica e o setor empresarial o curso de Engenharia

Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricas de Energia do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) organiza o evento ldquoEnergy

Open Dayrdquo no dia 28 de julho de 2015

O evento constaraacute de um Ted Talk durante a manhatilde e da apresentaccedilatildeo dos trabalhos de final de curso durante a tarde

O Ted Talk contaraacute com a presenccedila de um painel de convidados que refletiratildeo sobre as tendecircncias da energia nos planos

teacutecnico social e econoacutemico e sobre o papel que o ensino superior deve desempenhar na formaccedilatildeo de engenheiros Para

aleacutem de profissionais da aacuterea da Energia neste painel tambeacutem estaraacute o historiador Joel Cleto que apresentaraacute uma

perspetiva diferente do tema

Programa 0930h Acolhimento e boas vindas

1000h Ted Talk ldquoEnergia nos caminhos do Futurordquo

1200h Coffee break e exposiccedilatildeo dos trabalhos

1300h Pausa para Almoccedilo

1430h Apresentaccedilatildeo e avaliaccedilatildeo de trabalhos de fim de curso

Inscriccedilatildeo gratuita mas obrigatoacuteria aagisepipppt

ARTIGO TEacuteCNICO

5

I INTRODUCcedilAtildeO

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo

estatildeo muito disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de

velocidade (ldquodrivesrdquo) A sua simplicidade e robustez aliadas

a baixos preccedilos (comparativamente com outras maacutequinas) e

ampla gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais

razotildees

A evoluccedilatildeo verificada nos domiacutenios da eletroacutenica de

potecircncia e nos sistemas de controlo (em particular o

controlo digital) permitiram aplicar os MI em sistemas de

elevado desempenho dinacircmico (eg controlo de binaacuterio

eou posiccedilatildeo) substituindo os motores DC cujas

caracteriacutesticas dinacircmicas e simplicidade de controlo os

tornavam a primeira escolha em tais aplicaccedilotildees Com efeito

as ldquodrivesrdquo baseadas em MI apresentam caracteriacutesticas

dinacircmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC incluindo a

possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do

plano (T nr) No entanto a complexidade do conversores e

sobretudo dos sistemas de controlo eacute muito mais elevada

nos sistemas AC Os sistemas baseados no controlo vetorial

satildeo os mais usuais nas ldquodrivesrdquo baseadas nas maacutequinas AC

convencionais (assiacutencronas e siacutencronas) Existem outras

metodologias tambeacutem usadas na induacutestria (eg controlo

direto do binaacuterio ndash DTC) mas neste trabalho somente o

controlo vetorial seraacute abordado

No domiacutenio do controlo vectorial existem diversas variantes

sendo o meacutetodo mais poderoso e utilizado o controlo por

orientaccedilatildeo de campo (Field Oriented Control ndash FOC) Desde

finais da deacutecada de 60 do seacuteculo passado tecircm vindo a ser

desenvolvidos vaacuterios meacutetodos de controlo por orientaccedilatildeo de

campo [1] Na sua essecircncia assentam numa filosofia

semelhante aos sistemas DC controlo independente do

fluxo magneacutetico e do binaacuterio desenvolvido A sua

implementaccedilatildeo assenta na consideraccedilatildeo de um referencial

que gira com velocidade instantacircnea igual agrave do campo

girantegirante (referencial siacutencrono) estando alinhado em

qualquer instante com a posiccedilatildeo desse mesmo campo

O mais eficaz eacute sem duacutevida o controlo por orientaccedilatildeo do

campo do rotor sendo por isso o mais usual No entanto a

implementaccedilatildeo deste processo em AC eacute bastante mais

complexa para aleacutem dos valores das amplitudes eacute tambeacutem

necessaacuterio o controlo instantacircneo da posiccedilatildeo relativa dos

fasores da expressatildeo anterior ou seja eacute imprescindiacutevel o

conhecimento em cada instante da posiccedilatildeo espacial do

fluxo do rotor em relaccedilatildeo ao estator (ie referencial fixado

ao estator)

II ROTOR FOC

A implementaccedilatildeo do controlo por orientaccedilatildeo de campo

rotoacuterico assenta na conversatildeo da maacutequina polifaacutesica em

anaacutelise (natildeo necessariamente trifaacutesica) num sistema bifaacutesico

equivalente (eixos ortogonais d-q) definido no referencial

siacutencrono ωΨr A Figura 1 ilustra os conceitos associados ao

controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor ndash Rotor FOC (com

base em [2])

Figura 1 Controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor em MI

O Rotor FOC assenta na definiccedilatildeo das equaccedilotildees eleacutetricas e

magneacuteticas no referencial siacutencrono (ωΨr= 2πfp (rads-1))

sendo a direccedilatildeo do fluxo do rotor alinhada em cada

instante com o eixo d desse referencial As partes real e

imaginaacuteria do fasor espacial corrente estatoacuterica (is) satildeo

respetivamente if e iT pelo que

Pedro MeloInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTROLO VETORIAL (FOC) DE UM MOTOR DE INDUCcedilAtildeO TRIFAacuteSICO APLICADO A

UM VEIacuteCULO ELEacuteTRICO

1 Poderaacute ser considerado qualquer um dos campos girantes presentes no motor estator entreferro ou rotor

ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

ARTIGO TEacuteCNICO

5

I INTRODUCcedilAtildeO

Os motores de induccedilatildeo (MI) com rotor em gaiola de esquilo

estatildeo muito disseminados nos atuais sistemas de variaccedilatildeo de

velocidade (ldquodrivesrdquo) A sua simplicidade e robustez aliadas

a baixos preccedilos (comparativamente com outras maacutequinas) e

ampla gama de potecircncias disponiacuteveis satildeo as principais

razotildees

A evoluccedilatildeo verificada nos domiacutenios da eletroacutenica de

potecircncia e nos sistemas de controlo (em particular o

controlo digital) permitiram aplicar os MI em sistemas de

elevado desempenho dinacircmico (eg controlo de binaacuterio

eou posiccedilatildeo) substituindo os motores DC cujas

caracteriacutesticas dinacircmicas e simplicidade de controlo os

tornavam a primeira escolha em tais aplicaccedilotildees Com efeito

as ldquodrivesrdquo baseadas em MI apresentam caracteriacutesticas

dinacircmicas em tudo semelhantes aos sistemas DC incluindo a

possibilidade de funcionamento nos quatro quadrantes do

plano (T nr) No entanto a complexidade do conversores e

sobretudo dos sistemas de controlo eacute muito mais elevada

nos sistemas AC Os sistemas baseados no controlo vetorial

satildeo os mais usuais nas ldquodrivesrdquo baseadas nas maacutequinas AC

convencionais (assiacutencronas e siacutencronas) Existem outras

metodologias tambeacutem usadas na induacutestria (eg controlo

direto do binaacuterio ndash DTC) mas neste trabalho somente o

controlo vetorial seraacute abordado

No domiacutenio do controlo vectorial existem diversas variantes

sendo o meacutetodo mais poderoso e utilizado o controlo por

orientaccedilatildeo de campo (Field Oriented Control ndash FOC) Desde

finais da deacutecada de 60 do seacuteculo passado tecircm vindo a ser

desenvolvidos vaacuterios meacutetodos de controlo por orientaccedilatildeo de

campo [1] Na sua essecircncia assentam numa filosofia

semelhante aos sistemas DC controlo independente do

fluxo magneacutetico e do binaacuterio desenvolvido A sua

implementaccedilatildeo assenta na consideraccedilatildeo de um referencial

que gira com velocidade instantacircnea igual agrave do campo

girantegirante (referencial siacutencrono) estando alinhado em

qualquer instante com a posiccedilatildeo desse mesmo campo

O mais eficaz eacute sem duacutevida o controlo por orientaccedilatildeo do

campo do rotor sendo por isso o mais usual No entanto a

implementaccedilatildeo deste processo em AC eacute bastante mais

complexa para aleacutem dos valores das amplitudes eacute tambeacutem

necessaacuterio o controlo instantacircneo da posiccedilatildeo relativa dos

fasores da expressatildeo anterior ou seja eacute imprescindiacutevel o

conhecimento em cada instante da posiccedilatildeo espacial do

fluxo do rotor em relaccedilatildeo ao estator (ie referencial fixado

ao estator)

II ROTOR FOC

A implementaccedilatildeo do controlo por orientaccedilatildeo de campo

rotoacuterico assenta na conversatildeo da maacutequina polifaacutesica em

anaacutelise (natildeo necessariamente trifaacutesica) num sistema bifaacutesico

equivalente (eixos ortogonais d-q) definido no referencial

siacutencrono ωΨr A Figura 1 ilustra os conceitos associados ao

controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor ndash Rotor FOC (com

base em [2])

Figura 1 Controlo por orientaccedilatildeo do campo do rotor em MI

O Rotor FOC assenta na definiccedilatildeo das equaccedilotildees eleacutetricas e

magneacuteticas no referencial siacutencrono (ωΨr= 2πfp (rads-1))

sendo a direccedilatildeo do fluxo do rotor alinhada em cada

instante com o eixo d desse referencial As partes real e

imaginaacuteria do fasor espacial corrente estatoacuterica (is) satildeo

respetivamente if e iT pelo que

Pedro MeloInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTROLO VETORIAL (FOC) DE UM MOTOR DE INDUCcedilAtildeO TRIFAacuteSICO APLICADO A

UM VEIacuteCULO ELEacuteTRICO

1 Poderaacute ser considerado qualquer um dos campos girantes presentes no motor estator entreferro ou rotor

ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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ARTIGO TEacuteCNICO

6

if alinhada com Ψr regula o seu valor (eixo d)

iT desfasada de π2 rad eleacutectricos em relaccedilatildeo a if controla

o binaacuterio electromagneacutetico desenvolvido (eixo q)

Em regime permanente tem-se

Ψr =Lmif (1)

Tel = KT Ψr iT (2)

Em termos conceptuais o controlo eacute implementado no

referencial siacutencrono No entanto o controlador fiacutesico

(hardware) actua ao niacutevel do referencial do estator isto eacute

sobre as tensotildees e correntes que alimentam o motor (3 fases

(ua ub uc) (ia ib ib)) A determinaccedilatildeo instantacircnea de if e iT

no referencial estaacutetico (ω=0) eacute fundamental Uma vez que

θT= arctg(iTif) a obtenccedilatildeo do valor instantacircneo de θf eacute o

ponto central (simultaneamente o mais exigente) na

implementaccedilatildeo do Rotor FOC

Rotor FOC ndash Meacutetodo Indirecto

Sendo esta a metodologia mais usualmente empregue

apresenta-se em seguida o modelo matemaacutetico do

respectivo algoritmo de controlo No essencial θf eacute

determinado atraveacutes da mediccedilatildeo de θr e da estimaccedilatildeo de θdl

(ver Figura 1)

Considerando a representaccedilatildeo no sistema de eixos d-q no

referencial siacutencrono as equaccedilotildees eleacutectricas do rotor de um

MI com gaiola de esquilo satildeo dadas por

Sendo Ψrd = Ψr e Ψrq =0 as equaccedilotildees anteriores tomam a

forma seguinte

Por outro lado as equaccedilotildees magneacuteticas do rotor definidas

no mesmo referencial tomam a seguinte forma

Fixando isd = if e isq = iT vem que

Substituindo estas uacuteltimas expressotildees nas equaccedilotildees

eleacutectricas do rotor obteacutem-se

[Tr0 constante de tempo do rotor c o estator em circuito

aberto)]

Com base nas equaccedilotildees magneacuteticas do estator tambeacutem

definidas no referencial ωΨr o binaacuterio electromagneacutetico

instantacircneo eacute dado por

Assim a velocidade associada ao deslizamento ωdl expressa

em funccedilatildeo de Tel e Ψr eacute dada por

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

2 De modo a simplificar a representaccedilatildeo na Figura 1 estatildeo somente representados os eixos d

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

ARTIGO TEacuteCNICO

7

O campo girante do rotor gira com velocidade igual a ωΨr

relativamente ao referencial estatoacuterico Desta forma

considerando um instante t0 tal que θf (t0)=θf0 θr (t0)=θr0θdl

(t0)=θdl0 tem-se

Atraveacutes da velocidade instantacircnea do rotor (ωr) obteacutem-se

O valor de θf eacute entatildeo obtido atraveacutes de (ver Figura 1)

θf (t)= θdl(t)+θr (t)

A conversatildeo entre as mesmas grandezas definidas nos

referenciais estaacutetico e siacutencrono eacute efetuada atraveacutes da

transformada de Park Atendendo agrave ausecircncia das

componentes homopolares (dado que usualmente natildeo

existe condutor neutro nos MI) esta transformada eacute dada

por

=

sin

III SIMULACcedilAtildeO

O modelo de simulaccedilatildeo utilizado baseia-se no conteuacutedo do

bloco ldquoField Oriented Control Induction Motor Driverdquo

integrado na ldquoElectric Drives Libraryrdquo do MATLABSIMULINK

Existem diversas limitaccedilotildees a considerar sendo de referir

- As perdas do conversor de potecircncia natildeo satildeo

consideradas

- O modelo do motor natildeo inclui as perdas no ferro

- Natildeo eacute possiacutevel efetuar frenagens regenerativas somente

dissipativas (ie sem recuperaccedilatildeo de energia

Em siacutentese o modelo do sistema da cadeia de potecircncia do

veiacuteculo inclui somente a drive do motor e a transmissatildeo

mecacircnica Deste modo a toacutenica principal seraacute dada ao

desempenho do controlador baseado no Rotor FOC

(indireto) Em seguida salientam-se algumas das condiccedilotildees

mais relevantes a que o motor seraacute submetido

Na figura 2 estaacute representado o modelo considerado da

cadeia de potecircncia do veiacuteculo

Figura 2 Modelo dinacircmico do veiculo

Os principais blocos satildeo o ldquoDriving Cyclerdquo (a verde inclui o

ciclo de conduccedilatildeo preacute-definido e os modelos do veiacuteculo e da

transmissatildeo) e o ldquoField Oriented Control Induction Motor

Driverdquo (a azul representa a drive do motor de induccedilatildeo)

Ciclo de conduccedilatildeo + Modelo do veiacuteculo (dinacircmico e

transmissatildeo)

Para a implementaccedilatildeo dos modelos da transmissatildeo mecacircnica

e da dinacircmica do veiacuteculo recorreu-se agrave toolbox ldquoQuasiStatic

Simulation Toolboxldquo (QSS TB) desenvolvida por [3] em

ambiente MATLABSIMULINK Esta toolbox foi

especificamente desenvolvida para a modelizaccedilatildeo de

veiacuteculos hiacutebridos e eleacutetricos com os seguintes elementos

ciclos de conduccedilatildeo modelo dinacircmico do veiacuteculo

transmissatildeo mecacircnica motor de combustatildeo interna e motor

eleacutetrico baterias super-condensadores e ceacutelulas de

combustiacutevel (fuel-cells) Na figura 3 estatildeo representados os

elementos utilizados neste trabalho

(15)

(16)

(17)

(18)

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

ARTIGO TEacuteCNICO

8

A potecircncia instantacircnea pedida ao MI (Tloadωr) eacute calculada

com base no ciclo de conduccedilatildeo selecionado no

comportamento dinacircmico do veiacuteculo (considera o atrito

resultante do contacto roda-pavimento e a resistecircncia

aerodinacircmica do ar em deslocamentos planos) e num

sistema de transmissatildeo mecacircnico com uma razatildeo constante

A equaccedilatildeo seguinte corresponde ao modelo dinacircmico do

veiacuteculo

Mt Massa do veiacuteculo + massa equivalente dos elementos

moacuteveis

v(t) Velocidade instantacircnea do veiacuteculo (direccedilatildeo

longitudinal)

Fd(t) Forccedila motora (instantacircnea) aplicada ao veiacuteculo

segundo a direccedilatildeo longitudinal

g Aceleraccedilatildeo graviacutetica [98 ms-2]

Cr CW Coeficiente de atrito de rolamento coeficiente de

atrito aerodinacircmico

ρ A Densidade do ar [1294 kgm3] superfiacutecie frontal do

veiacuteculo

O 1ordm membro da equaccedilatildeo anterior representa a forccedila de

ineacutercia associada agrave aceleraccedilatildeo do veiacuteculo considerando

tambeacutem a variaccedilatildeo da energia cineacutetica acumulada nos

componentes do veiacuteculo animados de movimento rotativo

(Massa equivalente dos elementos moacuteveis ndash Tabela 3)

Com efeito tais variaccedilotildees da energia cineacutetica satildeo suportadas

pelo motor

Os paracircmetros do veiacuteculo e do sistema de transmissatildeo

considerados estatildeo indicados respetivamente nas Tabelas 1

e 2

Tabela 1 Paracircmetros do veiacuteculo

Tabela 2 Paracircmetros da Transmissatildeo Mecacircnica

A Tabela 3 conteacutem os paracircmetros do MI considerado

Tabela 3 Paracircmetros do motor de induccedilatildeo (75 kW 400 V 13 A 50

Hz 4 poacutelos 1440 rpm)

Figura 3 Ciclo de conduccedilatildeo e modelo do veiacuteculo (dinacircmica + transmissatildeo

(19)

ARTIGO TEacuteCNICO

9

Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

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Drive do motor de induccedilatildeo trifaacutesico

Na figura 4 estaacute representado o modelo da drive do MI3

(conversor de potecircncia + controlador + Motor de induccedilatildeo)

Eacute visiacutevel a cadeia de transmissatildeo de potecircncia (conversor +

motor de induccedilatildeo) bem como o controlador de velocidade e

o controlador vetorial ndash bloco ldquoFOCrdquo O valor de referecircncia

do fluxo do rotor (Flux) eacute gerado pelo controlador de

velocidade Deste modo eacute definida a gama de velocidades

associada a fluxo constante (binaacuterio maacuteximo constante) e a

zona de enfraquecimento de campo (potecircncia constante) de

acordo com a figura 5

Figura 5 Zonas de funcionamento do MI Fluxo constante (Baixas

velocidades) e enfraquecimento de campo (Elevadas velocidades)

O conversor eacute do tipo fonte de tensatildeo (Voltage Source

Inverter ndash VSI) usual para a potecircncia do motor considerado

Eacute composto por um retificador natildeo controlado (ponte de

diacuteodos ndash Three-phase diode rectifier) e um inversor (Three-

phase inverter) cuja tensatildeo de saiacuteda eacute regulada por PWM

(Pulse Width Modulation)

Existe a possibilidade de funcionamento nos 4 quadrantes

atraveacutes de frenagens dissipativa (ie natildeo eacute possiacutevel a

recuperaccedilatildeo da energia cineacutetica do veiacuteculo) com efeito haacute

somente uma resistecircncia de frenagem (bloco ldquoBraking

chopperrdquo) onde se daacute a dissipaccedilatildeo da referida energia

cineacutetica Com vista a evitar sobretensotildees no barramento DC

(Vdc) devido a desaceleraccedilotildees bruscas ou velocidades

excessivas nas descidas A accedilatildeo frenante associada agrave

resistecircncia eacute regulada atraveacutes de um controlador histereacutetico

de tensatildeo (ON se Vdc geVmax OFF se Vdc le Vmin)

3 As perdas no ferro do motor e as perdas do conversor natildeo satildeo incluiacutedas4 O siacutembolo estaacute associado agrave representaccedilatildeo das grandezas de referecircncia

Figura 4 Estrutura da drive conversor(vermelho) motor (verde) e controlador (azul)

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Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

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Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

ARTIGO TEacuteCNICO

10

Rotor FOC

A Figura 6 ilustra o conteuacutedo do bloco ldquoFOCrdquo onde eacute

implementado o algoritmo da secccedilatildeo 21

Figura 6 Implementaccedilatildeo do Rotor FOC (indireto)

Eacute bem visiacutevel o desacoplamento da regulaccedilatildeo do fluxo

rotoacuterico e do binaacuterio atraveacutes do controlador PI do fluxo do

rotor (ldquoFlux_PIrdquo) eacute gerado o sinal Phir sendo calculado o

valor de referecircncia Id atraveacutes de (1)

O bloco ldquoiqs Calculationrdquo determina a referecircncia da

corrente associada ao binaacuterio (Iq) com base em (2)

Os blocos a verde estatildeo associados agrave transformada de Park

no referencial siacutencrono (ABC-DQ) e respetiva inversa (DQ-

ABC) Neste referencial o fluxo instantacircneo do rotor eacute regido

por (11) o seu valor eacute obtido atraveacutes do bloco ldquoFlux

Calculationrdquo

Finalmente ωdl e θf satildeo calculados no bloco

ldquoTeta_Calculationrdquo atraveacutes de respetivamente (14) e (17)

O duty-cycle do trem de impulsos aplicado aos terminais das

ldquogatesrdquo dos IGBTs do inversor eacute regulado em funccedilatildeo da

diferenccedila entre Iabc e Iabc ndash bloco ldquoCurrent Regulatorrdquo

Anaacutelise de Resultados

Nas figuras 7-10 estatildeo representados os resultados obtidos

para o ciclo de conduccedilatildeo considerado (Japan 11-Mode )

A figura 7 ilustra as referecircncias de velocidade (ciclo de

conduccedilatildeo) e binaacuterio (eixo motor) bem como o desempenho

do MI3

Figura 7 Perfil de velocidade e binaacuterio

A velocidade rotoacuterica segue de modo muito fiel a referecircncia

pretendida Naturalmente tal resulta do facto do perfil do

binaacuterio motor desenvolvido seguir a respetiva referecircncia

(modo motor valores positivos frenagem valores

negativos)

Eacute de salientar o ldquorippleldquo existente nos intervalos de

aceleraccedilatildeo e desaceleraccedilatildeo sendo uma componente de alta

frequecircncia o momento de ineacutercia do sistema

(motor+transmissatildeo+carga) atenua quase na totalidade a

influecircncia desta componente o que eacute visiacutevel no perfil de

velocidade obtido

As influecircncias de Id e Iq (referencial siacutencrono) sobre

respetivamente o fluxo rotoacuterico e o binaacuterio desenvolvido

estatildeo bem evidenciados na Figura 8

0 20 40 60 80 100 1200

1000

2000

3000

4000

5000

Vel

oci

dade

(rp

m)

0 20 40 60 80 100 120-20

-10

0

10

20B

inaacuter

io (

Nm

)

tempo [s]

Ref

Motor

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

ARTIGO TEacuteCNICO

11

Figura 8 Perfis de Id e Iq (referencial siacutencrono)

A fronteira entre zona de ldquofluxo constanteldquo e

bdquoenfraquecimento de campoldquo eacute definida pela velocidade de

sincronismo do motor (ns) ndash neste caso 1500 rpm Observa-

se o valor constante de Id para nr lt 1500 rpm Para valores

superiores da velocidade (zona de enfraquecimento de

campo) Id varia de forma inversamente proporcional agrave

velocidade Por seu turno eacute visiacutevel a semelhanccedila entre os

perfis de Iq e do binaacuterio desenvolvido naturalmente na

zona de enfraquecimento de campo Iq tende a desviar-se do

perfil do binaacuterio de modo a compensar a diminuiccedilatildeo do

fluxo rotoacuterico de acordo com (2)

Para o ciclo de conduccedilatildeo seleccionado a potecircncia

instantacircnea eacute inferior agrave potecircncia nominal do motor

seleccionado (Figura 9)

Figura 9 Puacutetil do motor

No entanto tratando-se de regimes dinacircmicos eacute necessaacuteria

uma anaacutelise mais profunda relativamente agraves condiccedilotildees de

funcionamento do motor A tiacutetulo de exemplo na Figura 10

eacute patente o risco de danos causados pelos efeitos teacutermicos

atendendo aos intervalos em que a corrente se encontra

entre 20 A e 30 A (altas velocidades) Notar que o valor da

corrente de pico nominal do motor eacute igual a sqrt(2)13=184

A)

Figura 10 Corrente absorvida pelo motor

A escolha da classe de isolamento do motor e a necessidade

de inclusatildeo de ventilaccedilatildeo forccedilada deveratildeo ser devidamente

ponderadas As solicitaccedilotildees mecacircnicas nas altas velocidades

(nomeadamente nos rolamentos) eacute outro fator a ser

analisado

Por outro lado o motor eacute submetido a uma gama de

potecircncias bastante ampla Torna-se importante caracterizar

o rendimento da maacutequina em muacuteltiplos regimes de

funcionamento (motor e frenagem) Os mapas de eficiecircncia

satildeo usualmente empregues com este fim

Na Figura 11 estaacute representado o mapa da maacutequina usada

(modo motor ndash 1ordm quadrante) bem como os regimes de

funcionamento impostos pelo ciclo de conduccedilatildeo escolhido

(vermelho)

0 20 40 60 80 100 1200

2

4

6

Id (

A)

0 20 40 60 80 100 120-30

-20

-10

0

10

20

30

Iq (

A)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120-4

-2

0

2

4

6

8

Pu

(kW

)

tempo [s]

0 20 40 60 80 100 120

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

Corrente

(A)

tempo (s)

ARTIGO TEacuteCNICO

12

Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

13

Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

COLABORARAM NESTA EDICcedilAtildeO

14

Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

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15

Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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Neste caso o motor funciona com rendimentos

relativamente elevados em quase todo o ciclo de conduccedilatildeo

As zonas de rendimentos mais baixos situam-se nas baixas

velocidades com cargas baixas Dependendo das

caracteriacutesticas dos ciclos de conduccedilatildeo e da razatildeo de

transmissatildeo motor poderaacute funcionar preponderantemente

em tais zonas Nesses casos com vista a melhorar o

rendimento da maacutequina duas opccedilotildees poderatildeo ser

consideradas

-Optar por um sistema de transmissatildeo com muacuteltiplas razotildees

-Incluir algoritmos de otimizaccedilatildeo de fluxo uma vez que a

principal razatildeo dos baixos rendimentos nas zonas referidas

se deve ao valor demasiado elevado do fluxo magneacutetico

face ao binaacuterio exigido [4]

IV CONCLUSOtildeES

Neste artigo procurou-se incidir nos princiacutepios de base do

controlo vetorial por orientaccedilatildeo do campo rotoacuterico aplicado

aos motores de induccedilatildeo trifaacutesicos Os niacuteveis de exigecircncia

dinacircmica associados aos sistemas de traccedilatildeo dos veiacuteculos

eleacutetricos satildeo muito elevados (eg funcionamento nos 4

quadrantes muacuteltiplos regimes de funcionamento com

variaccedilotildees mais ou menos bruscas rendimentos distintos)

Como tal a opccedilatildeo por um MI3 (ou outras maacutequinas eleacutetricas)

soacute eacute viaacutevel atraveacutes de sistemas de controlo capazes de

dotarem as maacutequinas de comportamentos dinacircmicos que

estejam agrave altura de tais exigecircncias ndash o controlo vetorial

(Rotor FOC) eacute a opccedilatildeo mais usual Com base num modelo de

simulaccedilatildeo apresentou-se um exemplo de aplicaccedilatildeo num

veiacuteculo eleacutetrico procurando tambeacutem evidenciar algumas das

condiccedilotildees de funcionamento da maacutequina eleacutetrica e

respetivos impactos sobre a mesma Por uacuteltimo eacute de frisar o

caraacutecter introdutoacuterio com que se procuraram abordar estes

assuntos eacute essa a perspetiva com que se pretende que este

artigo seja encarado

Referecircncias

[1] Marques Gil (1999) ldquoControlo de Motores Eleacutectricosrdquo IST

[2] Krishnan R (2001) Electric Motor Drives ndash Modeling Analysis

and Control (1 edition) Prentice Hall ISBN 13 978-0130910141

[3] Guzzella L amp Amstutz A (2005) The QSS Toolbox Manual

Measurement and Control Laboratory ndashSwiss Federal Institute

of Technology Zurich

[4] P Melo R d Castro and R E Arauacutejo ldquoEvaluation of an Energy

Loss-Minimization Algorithm for EVs Based on Induction

Motorldquo Induction Motors - Modelling and Control Intech

(2012)

Figura 11 Mapa de eficiecircncia do MI3 e pontos de funcionamento

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Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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Andreacute Filipe Pereira Ponte 1110433isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendocompletado o grau de licenciatura em Engenharia de Sistemas (LES) no ISEP em 20131014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para sistemas inteligente aplicados a redes eleacutetricas deenergia (Smat Grids)

Antoacutenio Augusto Arauacutejo Gomes aagisepippptMestre (preacute-bolonha) em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores pela Faculdade de Engenhariada Universidade do PortoProfessor do Instituto Superior de Engenharia do Porto desde 1999 Coordenador de Obras naCERBERUS - Engenharia de Seguranccedila entre 1997 e 1999 Prestaccedilatildeo para diversas empresas deserviccedilos de projeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica

Antoacutenio Carlos Sepuacutelveda Machado e MouraNatural do Porto (1950) eacute licenciado (1973) e doutorado (1984) em Engenharia Eletroteacutecnica pelaFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)Desenvolveu trabalho de investigaccedilatildeo na Direction des Eacutetudes et Recherches da Electriciteacute de France(EDF) para a preparaccedilatildeo do grau de Doutor (1979-82)Professor Catedraacutetico da FEUP desde Novembro de 1991 Eacute membro eleito do Conselho deDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores e do Conselho Cientiacutefico da FEUPPromoveu a criaccedilatildeo instalaccedilatildeo e montagem do Laboratoacuterio de Alta Tensatildeo (LAT) da FEUPTem dedicado particular atenccedilatildeo aos problemas relativos agrave produccedilatildeo de energia eleacutetrica por recursoa fontes renovaacuteveis em especial a energia hidroeleacutetricaMembro efetivo da Ordem dos Engenheiros assume as funccedilotildees de Presidente do Coleacutegio Nacionalde Engenharia Eletroteacutecnica para o mandato de 2013-2016Colabora com a Agecircncia de Avaliaccedilatildeo e Acreditaccedilatildeo do Ensino Superior (A3ES) na aacuterea da EngenhariaEletroteacutecnica e Computadores tendo participado em diversas Comissotildees de Avaliaccedilatildeo Externa (CAE)

Carlos Valbom Neves cnevestecnisisptCom formaccedilatildeo em Engenharia Eletroteacutecnica pelo Instituto Superior de Engenharia de Lisboa elicenciatura em Gestatildeo de Empresas tendo colaborado com a FESTO PHILIPS ABB ndash Asea BrownBoveri EndressampHauser e TECNISIS Eacute especialista em Instrumentaccedilatildeo Controle de ProcessosIndustriais e em Sistemas de Aquecimento e Traccedilagem Eleacutetrica Tem cerca de 25 anos de experiecircnciaadquirida em centenas de projetos executados nestas aacutereas Vive no Estoril em Portugal

Tecnisis eacute especialista em Sistemas de extinccedilatildeo automaacutetica de incecircndios em instrumentaccedilatildeoindustrial em sistemas para zonas perigosas ATEX e em mediccedilatildeo de visibilidade e deteccedilatildeo deincecircndios em tuneis rodoviaacuterios A Tecnisis tem 25 anos de atividade em Portugal com milhares deaplicaccedilotildees em todos os segmentos da industriawwwtecnisispt

Joseacute Carlos P Cerqueira 1140189isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suas aacutereasde interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis sistemas inteligentes aplicados agrave gestatildeode equipamentos de redes eleacutetricas de energia

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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Maria Judite Madureira Da Silva Ferreira mjuisepippptDiretora e docente na licenciatura de Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia(LEE-SEE) no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP)As suas aacutereas de investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Redes Eleacutetricas

Luiacutes Miguel Pereira da Costa Rodrigues 1100356isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suasatividades de pesquisa atuais estatildeo focadas em Wireless Power

Maacuterio Andreacute da Silva Fonseca 1140191isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEESEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto no Instituto Superior de Engenharia do Porto ndash InstitutoPoliteacutecnico do Porto (ISEPIPP) tendo completado o grau de licenciatura em EngenhariaEletroteacutecnica na Universidade de Traacutes-os-Montes e Alto Douro (UTAD) em 20132014 As suasaacutereas de interesse estatildeo vocacionadas para as energias renovaacuteveis e sistemas inteligentesaplicados agrave gestatildeo de equipamentos de redes eleacutetricas de energia

Nelson Joseacute Domingues Machado Gonccedilalves negoncalvesautosuecoptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Engenharia pelo Instituto Superiorde Engenharia do PortoDesde agosto de 2009 que desempenha funccedilotildees na Auto Sueco na Direccedilatildeo de EquipamentosIndustriais no apoio teacutecnico e comercial agrave representaccedilatildeo de grupos eletrogeacuteneos

Auto SuecoEmpresa do grupo NORS eacute responsaacutevel pela representaccedilatildeo em Portugal de veiacuteculos pesados damarca Volvo motores industriais e mariacutetimos da Volvo Penta e soluccedilotildees de energia da SDMO

Paulo Gonccedilalves paulogoncalvesexporluxptBacharelato e Licenciatura em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas de Energia Instituto Superiorde Engenharia do Porto Poacutes-Graduaccedilatildeo em Gestatildeo de Vendas Escola de Gestatildeo do PortoDe 1985 a 1988 Empregado de Armazeacutem Atendimento ao Puacuteblico DIODO LDA De 1988 a 1997Teacutecnico Comercial Gestor de Produto CASA DAS LAMPADAS LDA De 1997 a 2011 TeacutecnicoComercial Gestor de Negoacutecio SCHREacuteDER ndash Iluminaccedilatildeo SA Desde 2011 Diretor CoordenadorComercial EXPORLUX ndash Iluminaccedilatildeo SA

Pedro Miguel Azevedo de Sousa Melo pmaisepippptMestre em Automaccedilatildeo Instrumentaccedilatildeo e Controlo pela Faculdade de Engenharia da Universidadedo Porto Aluno do Programa Doutoral em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores naFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente do Instituto Superior de Engenhariado Porto desde 2001 Desenvolveu atividade de projetista de instalaccedilotildees eleacutetricas de BT na DHV-TECNOPOR

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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Pedro Miguel Lopes Pereira 1100367isepippptFrequenta o Mestrado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia (MEE-SEE) noInstituto Superior de Engenharia do Porto ndash Instituto Politeacutecnico do Porto (ISEPIPP) As suas aacutereasde investigaccedilatildeo satildeo relacionadas com Smart Grids

Rui Paulo Ramos De Castro rrcisepippptLicenciado em Engenharia Eletroteacutecnica ndash Sistemas Eleacutetricos de Energia pelo Instituto Superior deEngenharia do Porto e Mestre em Gestatildeo de Ciecircncia Tecnologia e Inovaccedilatildeo pela Universidade deAveiro Atualmente frequenta o Doutoramento em Engenharia Eletroteacutecnica e Computadores naUniversidade de Traacutes-os-Montes e Alto DouroDocente do Instituto Superior de Engenharia do Porto na aacuterea de Sistemas de Eleacutetricos de Energiae Especialista em Eletricidade e Energia do Departamento de Engenharia Eletroteacutecnica Desenvolveo seu trabalho na aacuterea de projetos de instalaccedilotildees eleacutetricas de meacutedia e baixa tensatildeo bem como eminfraestruturas de telecomunicaccedilotildees tendo uma atividade regular no acircmbito de projetos deconsultoria teacutecnica e cooperaccedilatildeo com empresas do sectorInvestigador do Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia do Conhecimento e Apoio agrave Decisatildeo

Seacutergio Filipe Carvalho Ramos scrisepipppt

Mestre em Engenharia Eletroteacutecnica e de Computadores na Aacuterea Cientiacutefica de Sistemas Eleacutetricosde Energia pelo Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Aluno de doutoramento em EngenhariaEletroteacutecnica e de Computadores no Instituto Superior Teacutecnico de Lisboa Docente doDepartamento de Engenharia Eletroteacutecnica do curso de Sistemas Eleacutetricos de Energia do InstitutoSuperior de Engenharia do Porto desde 2001 Prestaccedilatildeo para diversas empresas de serviccedilos deprojeto de instalaccedilotildees eleacutetricas telecomunicaccedilotildees e seguranccedila formaccedilatildeo assessoria econsultadoria teacutecnica Investigador do GECAD (Grupo de Investigaccedilatildeo em Engenharia doConhecimento e Apoio agrave Decisatildeo) do ISEP desde 2002

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