Minimização de volume de filtro de saída de inversor multinível para acionamentos elétricos de longa distância através de uma abordagem de modelagem sistêmica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Steckling, Lúcio
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206186
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2018.
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spelling Minimização de volume de filtro de saída de inversor multinível para acionamentos elétricos de longa distância através de uma abordagem de modelagem sistêmicaEngenharia elétricaMáquinas elétricasDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2018.Este trabalho propõe um procedimento de projeto de filtro LC para um sistema de acionamento de máquina elétrica em aplicações \textit{offshore} de extração de petróleo, visando a minimização do volume do mesmo. Inicialmente, é realizado um estudo dos elementos componentes do sistema, com a análise dos efeitos desses e a modelagem do sistema completo. A partir disso, são exploradas as modulações utilizadas em sistemas similares ao descrito. Esse estudo levou ao desenvolvimento de uma modulação síncrona otimizada baseada no modelo visando diminuir os efeitos das diversas ressonâncias do sistema. Um procedimento de projeto do filtro é desenvolvido para o sistema operando em potência nominal. Para a validação dos resultados obtidos pelo algoritmo de projeto do indutor do filtro são utilizadas simulações utilizando o método de elementos finitos. Ainda, é implementada uma simulação da partida da máquina utilizando o filtro e a modulação projetada para a validação da estabilidade do sistema. O desempenho elétrico de um filtro de saída de um inversor multinível para acionamentos elétricos de longa distância certamente sofre influência do sistema como um todo, uma vez que os pulsos de tensão do inversor deverão se propagar através do filtro e do cabo e, finalmente, gerar correntes elétricas de alta qualidade no motor instalado à grande distância para que o mesmo opere de maneira satisfatória, ou seja, sem a geração de oscilações de torque. Tais oscilações podem ser geradas pela interação dinâmica dos circuitos elétricos resultantes, aonde certamente existirão ressonâncias entre componentes do filtro, com os parâmetros do cabo e do motor. Tais ressonâncias podem ser excitadas pelo padrão de pulsos de tensão do inversor. Com base nestes fenômenos, a forma de otimização proposta neste trabalho considera uma abordagem de modelagem sistêmica, ou seja, considera aspectos tipicamente desprezados em sistemas de acionamentos elétricos em que a distância entre motor e inversor não seja tão expressiva. Apesar de complexa, tal abordagem é a forma de se garantir que se esteja efetivamente otimizando um dado projeto. Com isto, o algoritmo de otimização proposto não otimiza somente o projeto dos valores de indutância e capacitância e os projetos físicos dos componentes, mas para que este objetivo seja atingido também otimiza o padrão de pulsos de tensão de saída do inversor.Abstract : This work presents a procedure of a LC filter project used for driving an electrical submersible pumping system in offshore oil extraction sites. The procedure seeks the minimum volume of the filter. Foremost, the elements composing the system are shown, and a complete mathematical model of the system is obtained. Modulations applied in similar systems are analyzed and a new model-based synchronous optimal modulation is proposed. A procedure for the filter project seeking minimum volume is developed. The filter inductor project validation is done using finite element softwares. Ultimately, a simulation using the proposed filter and modulation is done speeding up the machine until full power is reached to verify the system stability. The electrical performance of a multilevel inverter output filter for driving long distance systems is influenced by the whole system, since the inverter voltage pulses are propagated through the filter and the cable, with the objective of generate high quality currents in the motor located far from the inverter, so it can work in a satisfactory way, without torque oscillations. Those oscillations can be generated by the dynamic interaction of the resulting electrical system, where there will certainly be resonances between components of the filter, the cable and the motor. Those resonances can be excited by the pulse pattern of the inverter. From this phenomenons, the proposed optimization technique considers a systemic model approach, considering aspects typically neglected in driving systems with short distances from the inverter to the motor. Although the approach is complex, it is the way of effectively optimize the project. The optimization algorithm does not optimize just the values of inductance and capacitance and the physical design of the components, but also optimizes the pulse pattern of the inverter output.Heldwein, Marcelo LoboKirsten, André LuísUniversidade Federal de Santa CatarinaSteckling, Lúcio2020-03-31T14:57:39Z2020-03-31T14:57:39Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis122 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf358418https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/206186porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T14:57:39Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/206186Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T14:57:39Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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