PROPULSÃO ELÉTRICA INTEGRADAPROPULSÃO ELÉTRICA INTEGRADAAnálise do Projeto dos Destroyers Classe DaringAnálise do Projeto dos Destroyers Classe Daring

CC(EN) César Leal FerreiraCC(EN) César Leal FerreiraEngenheiro Naval, PhDEngenheiro Naval, PhD

Principais benefícios:Principais benefícios:

· Baixo custo de vida útil em virtude de:- Menores gastos com manutenção e operação;- Maior confiabilidade da planta; e- Impacto da flexibilidade de arranjo no custo.

· Modularidade, que facilita reconfiguração e redundância dos sistemas

· Redução da assinatura acústica· Facilidade para aceitar futuras modernizações:

- Novos sistemas de armas; e- “Upgrades” da propulsão.

Desenvolvimento de um modelo Desenvolvimento de um modelo do sistema de propulsãodo sistema de propulsão

Motor Elétrico PrincipalMotor Elétrico Principal

Características:Características:

• 2 Motores de indução (assíncronos) de 20 MW• Corrente Alternada, 6 pares de pólos, 15 fases• Torque máximo: 1.061 MNm• Rotação máxima: 180 rpm

Algoritmo usando transformação Algoritmo usando transformação dq:dq:Input:

– Voltagem no estator: vsd e vsq

– Impedância no estator: xs

– Impedância no rotor: xr

– Reatância mútua: xsr

– Velocidade do eixo: N

– Torque de carga: T

Output:– Correntes no estator: isd and isq

– Correntes no rotor: ird and irq

– Velocidade do eixo: N

– Torque eletromagnético: Te

Cálculo do torque:Cálculo do torque:

onde:

P = par de pólos = constante

ωb = velocidade requerida = constante

xm = reatância mútua = constante

ids and iqs = correntes no estator na referência dq

i’dr and i’qr = correntes no rotor referentes ao estator na referência dq

dsqrqsdrmb

em iiiixP

T ''22

15

Algoritmo usando matriz 15x15:Algoritmo usando matriz 15x15:Input:

– Voltagem no estator: Vs [15x1]

– Impedância no estator: Xs [15x15]

– Impedância no rotor: Xr [15x15]

– Reatância mútua: Xsr [15x15]

– Velocidade do eixo: N [1x1]

– Torque de carga: T [1x1]

Output:– Correntes no estator: Is [15x1]

– Correntes no rotor: Ir [15x1]

– Velocidade do eixo: N [1x1]

– Torque eletromagnético Te [1x1]

Cálculo de torque:Cálculo de torque:Te = [I]T[G] [I] onde:

[I] = [is1 is2 is3 … is15 ir1 ir2 ir3 … ir15]T; ;

Grr = [0]; Gss = [0]; Grs = [Gsr]T and

rsrr

sssr

GG

GGG][

sin15

12sin

15

14sin

15

4sin

15

2sin

15

12sinsin

15

2sin

15

14sin

15

14sin

15

14sin

15

2sinsin

15

12sin

15

14sin

15

4sin

15

14sin

15

12sinsin

15

2sin

15

2sin

15

14sin

15

14sin

15

2sinsin

G

msr x

Conversor Modulador de Largura de PulsoConversor Modulador de Largura de Pulso

Composição de cada canal:Composição de cada canal:

• Um retificador de seis pulsos, com quarto thyristors em cada perna;

• Um “link” de corrente contínua, composto de indutores e capacitores;

• Um inversor, composto de cinco pontes tipo H com cinco IGBT em cada perna da ponte; e

• Resistência dinâmica de frenagem.

Conversor MLP de 15 fasesConversor MLP de 15 fases

Características:Características:

• Entrada: 4160 V, 1100 A, 60 Hz

• Retificador: 5600 V, 1410 A, CC

Os métodos de controle podem ser: 1) Controle Escalar

2) Controle por Campo-orientado

3) Controle Direto de Torque e Fluxo

Sistema de ControleSistema de Controle

• O navio deve poder operar nas mais adversas condições de mar e de tempo

• O perfil operacional eventualmente exige grandes variações de velocidade

• O pessoal a bordo é reduzido ao mínimo necessário para operação, restringindo assim a disponibilidade de pessoal para manutenção

• Os cenários de batalha são caóticos e exigem ao máximo os sistemas do navio

POR ESTAS RAZÕES OS REQUISITOS DE ROBUSTEZ E TOLERÂNCIA A FALHAS

SÃO PREPONDERANTES

Falha usando Controle por Falha usando Controle por Campo Orientado:Campo Orientado:

Falha usando Controle Direto de Falha usando Controle Direto de Torque e Fluxo:Torque e Fluxo:

Cenários operacionais:Cenários operacionais:Velocidade constanteVelocidade constante

Cenários operacionais:Cenários operacionais:Parada em emergênciaParada em emergência

Cenários operacionais:Cenários operacionais:Falha em uma fase do motorFalha em uma fase do motor

Cálculo do incremento de temperatura:Cálculo do incremento de temperatura:

%7.21217.05.867

5.8671056

currentAvg

differenceMaxunbalancecurrentMaximum

%3.22223.01273

284

loadMax

loadActual

10.1100

2.2*21* TRBS TRUS

2

Conclusões – prováveis problemas:Conclusões – prováveis problemas:

• O torque gerado pelo motor de indução apresenta “micro-oscilações” em todas as faixas de operação

• A magnitude destas oscilações é diretamente proporcional ao torque de carga

• Existem meios de minimizar estas oscilações, de forma que se tornem desprezíveis: filtragem de harmônicas e sistema de controle avançado

• A falha de uma fase do motor de indução causará desequilíbrio nas correntes do estator, o que provocará incremento na taxa de aumento de temperatura.

Início da construção: AGO 03Início da construção: AGO 03 Lançamento: FEV 06Lançamento: FEV 06

Início das provas de mar: JUL 07Início das provas de mar: JUL 07