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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2023.tde-20032023-074309
Document
Author
Full name
Daniel de Paula dos Santos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Sartori, Carlos Antonio França (President)
Paula, Pedro Pereira de
Winnischofer, Godofredo
Title in Portuguese
Estudo comparativo de métodos de redução da sobretensão em motores acionados por conversores de frequências.
Keywords in Portuguese
Conversores elétricos
Eletrônica de potência
Motores elétricos
Sistemas elétricos de potência
Abstract in Portuguese
O acionamento de motores elétricos na indústria é realizado predominantemente por conversores de frequências. A conexão entre conversores e motores é feita por cabos elétricos. Esses cabos propagam os pulsos emitidos pelos conversores até os terminais de entrada do motor. A combinação de fatores como cabos longos, curto tempo de subida do pulso e grande diferença entre as impedâncias dos cabos e do motor, pode gerar reflexão de pulsos na interface entre cabos e motor. Essa reflexão de pulsos, em geral, origina, também, o aumento da tensão nessa interface, a sobretensão, que pode vir a causar queima ou stress do sistema de isolação das bobinas do motor. O processo de reflexão do pulso gera, não só uma sobretensão instantânea, como, também, um transitório com oscilação causada pelas posteriores reflexões desse pulso nos terminais do conversor e nos terminais do motor. A literatura técnica apresenta diversos métodos para evitar ou reduzir a amplitude da sobretensão. Entretanto, à medida que as tecnologias dos conversores avançam e novos semicondutores são incorporados a esses dispositivos, os seus pulsos passam a ser emitidos com frequências cada vez maiores e tempos de subida cada vez menores, aumentando a ocorrência e a amplitude da sobretensão. A intensificação dos fatores geradores da sobretensão motiva o desenvolvimento de novas técnicas de mitigação da sobretensão, principalmente, técnicas que sejam flexíveis e adaptáveis a cenários futuros, nos quais esses fatores geradores da sobretensão tenham se agravado ainda mais. É nesse intuito que os métodos de redução da sobretensão que atuam nos conversores, que por meio de estratégias de chaveamento, visam a superpor os pulsos refletidos com novos pulsos emitidos pelo conversor, resultando em redução da amplitude dos pulsos refletidos, e consequente redução da amplitude da sobretensão. Avaliações individuais e comparativas de métodos consagrados para a redução da sobretensão e métodos que superpõem pulsos foram realizadas por meio de simulações computacionais. Todos os métodos avaliados foram capazes de reduzir consideravelmente a sobretensão. Após a otimização de alguns parâmetros dos métodos que utilizam da superposição de pulsos, a sobretensão foi reduzida a patamares ainda mais baixos.
Title in English
Comparative study of overvoltage reduction methods in inverterdriven motors.
Keywords in English
Electric motors
Electrical power systems
Power converters.
Power electronics
Abstract in English
In the industry, electric motors are predominantly driven by frequency inverters. The connection between inverters and motors is made by electrical cables. These cables propagate the pulses emitted by the inverters to the motors input terminals. The combination of factors such as long cables, short rise time pulse and large difference between cables and motor impedances can generate pulse reflection at the cable-motor interface. This pulse reflection, in general, also causes voltage increase at this interface, the overvoltage, which can cause insulation burnout or stress on motor coils. The pulse reflection process generates not only an instantaneous overvoltage, but also an oscillatory transient, caused by the subsequent reflections of this pulse at the inverter terminals and at the motor terminals. The technical literature presents several methods to avoid or reduce the overvoltage amplitude. However, as inverter technologies advance and new semiconductors are incorporated into these devices, their pulses are emitted with increasing frequencies and increasingly shorter rise-times, also increasing the occurrence and amplitude of overvoltage. The intensification of overvoltage generating factors motivates the development of new overvoltage mitigation techniques, mainly, flexible and adaptable techniques, to be prepared for future scenarios, in which these overvoltage generating factors may have worsened even more. Matching these needs, the overvoltage mitigation methods act on the inverters, through switching strategies, to reduce the overvoltage amplitude by superposing the reflected pulses with new pulses emitted by the inverter, resulting in reflected pulses amplitude reduction and consequent overvoltage amplitude reduction. Individual and comparative assessments of those overvoltage mitigation methods, by pulses superposition, were carried out through computer simulations. All assessed methods were able to considerably reduce the overvoltage. After the optimization of some parameters related to the overvoltage mitigation methods by pulses superposition, the overvoltage was reduced even more.
 
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Publishing Date
2023-03-20
 
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