Inversor modular para o acionamento de motores com enrolamentos divididos e abertos

Abstract

Esta tese de doutorado tem por objetivo o estudo em malha aberta de uma nova topologia para o acionamento de motores de indução trifásicos com enrolamentos em aberto e divididos (open-end split winding induction motor drive) alimentados em média tensão, com o uso de semicondutores de baixa tensão e de alta frequência de comutação (20 kHz). Todos os módulos de uma fase são conectados em série na entrada (1200 V) e, assim, promovendo a divisão dos esforços de tensão. Cada submódulo alimenta um enrolamento em particular do motor, o que resulta na divisão da corrente de fase entre os submódulos através da conexão magnética proporcionada pelo motor. O trabalho demostra que existe um auto balanço das tensões de entrada dos módulos na conexão série, uma divisão natural e equilibrada nas correntes de saída dos inversores, o que permite a operação da estrutura em malha aberta. O desenvolvimento do trabalho se inicia com o estudo da versão monofásica, seguido do estudo do equilíbrio de potência dos inversores e finalizando a etapa monofásica com resultados experimentais. Na versão trifásica será realizado um estudo prévio utilizando um transformador trifásico, sendo em seguida conectado a um motor trifásico (660 V, 10 Hp e 6 polos) com três enrolamentos independentes por fase, finalizando a abordagem do trabalho. Algumas das desvantagens incluem o processamento monofásico de potência, ondulação de corrente na entrada CC e o número elevado de capacitores.<br>

Abstract : This PhD thesis aims to study in open loop configuration a new topology to drive an open-end split winding induction motor for medium voltage applications (up to 1000V), with the use of low voltage and high frequency switching semiconductors (20 kHz). All modules of one stage are connected in series at the input (1200 V) and thus promoting the division of the voltage stress. Each submodule feeds a particular motor winding, which results in the current sharing among the submodules through the magnetic connection provided by the machine. The work demonstrates that there is a self-balance of input voltages of the modules in the series connection, a natural and balanced output currents sharing of the inverters, which allows the operation in open loop mode. The development of the work begins with the study of a single-phase version, followed by the study of inverters balance of power and ending with experimental results. In the three--phase version, a previous study will be held using a three-phase transformer with multiple windings per phase. After confirming the proper operation, it will be connected to a three-phase motor (660 V, 10 Hp and 6 poles) with three independent windings per phase, finalizing the approach of the work. Some of the disadvantages includes the single-phase power processing, current ripple at the DC input and the high number of capacitors.