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IMPLEMENTACAO DE UMA BANCADA EXPERIMENTAL PARA
EMULACAO DE TURBINA EOLICA
Daniel Krejci
Projeto de Graduacao apresentado ao Corpo
Docente do Departamento de Engenharia
Eletrica da Escola Politecnica da Universidade
Federal do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessarios a obtencao do tıtulo de
Engenheiro Eletricista.
Orientadores: Maurıcio Aredes
Gustavo Figueiredo Gontijo
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2018
IMPLEMENTACAO DE UMA BANCADA EXPERIMENTAL PARA
EMULACAO DE TURBINA EOLICA
Daniel Krejci
PROJETO DE GRADUACAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE
DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA DA ESCOLA
POLITECNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSARIOS PARA A OBTENCAO DO
GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA.
Examinado por:
(Orientador) Prof. Maurıcio Aredes, Dr.-Ing.
(Coorientador) Gustavo Figueiredo Gontijo, Eng.
Thiago Cardoso Tricarico, Eng.
Prof. Bruno Wanderley Franca, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
FEVEREIRO DE 2018
Krejci, Daniel
Implementacao de uma Bancada Experimental para
Emulacao de Turbina Eolica / Daniel Krejci. – Rio de
Janeiro: UFRJ/Escola Politecnica, 2018.
XII, 35 p.: il.; 29, 7cm.
Orientadores: Maurıcio Aredes
Gustavo Figueiredo Gontijo
Projeto de Graduacao – UFRJ/Escola Politecnica/
Departamento de Engenharia Eletrica, 2018.
Referencias Bibliograficas: p. 34 – 35.
1. Controle de Maquina de Inducao. 2. Emulador de
Turbina. 3. Energia Eolica. I. Aredes, Maurıcio et al. II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politecnica,
Departamento de Engenharia Eletrica. III. Implementacao
de uma Bancada Experimental para Emulacao de Turbina
Eolica.
iii
Dedico este trabalho aos meus
pais Jorge e Solange, ao meu
irmao Rafael e a minha esposa
Isis.
Amo muito todos voces.
iv
Agradecimentos
Agradeco a Deus pela direcao, discernimento e por todas as bencaos concedidas.
Aos meus pais Jorge e Solange por todo amor, dedicacao, educacao, apoio, e
formacao moral. Tenho imenso respeito e admiracao por voces.
Ao meu irmao e amigo Rafael, por todo carinho e amizade.
A minha esposa Isis, por me amar, completar e sempre estar ao meu lado nos
bons e nos maus momentos.
Ao meu orientador e amigo prof. Maurıcio Aredes por ter me aceito no Labo-
ratorio de Eletronica de Potencia e Media Tensao (LEMT) e ter propiciado grande
aprendizado teorico e pratico.
Aos meus companheiros do LEMT pelo aprendizado contınuo e pelos bons mo-
mentos em especial aos meus amigos Gustavo Gontijo e Sersan Guedes.
A todos da banca examinadora, pela presteza e cuidado que tiveram ao analisar
o presente documento bem como pelas valiosas sugestoes. Estas, foram de grande
valia, e contribuıram de forma importante para qualidade final deste trabalho.
Aos professores do Departamento de Engenharia Eletrica - DEE por todos os
valiosos ensinamentos.
Ao CNPq/PIBIC pelo apoio financeiro.
v
Resumo do Projeto de Graduacao apresentado a Escola Politecnica/UFRJ como
parte dos requisitos necessarios para a obtencao do grau de Engenheiro Eletricista
IMPLEMENTACAO DE UMA BANCADA EXPERIMENTAL PARA
EMULACAO DE TURBINA EOLICA
Daniel Krejci
Fevereiro/2018
Orientadores: Maurıcio Aredes
Gustavo Figueiredo Gontijo
Departamento: Engenharia Eletrica
Este trabalho documenta a modelagem matematica e os procedimentos experi-
mentais utilizados na implementacao do emulador de turbina eolica no Laboratorio
de Eletronica de Potencia e Media Tensao - COPPE/UFRJ.
vi
Abstract of Graduation Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Electrical Engineer
IMPLEMENTATION OF A WIND TURBINE EMULATOR TEST BENCH
Daniel Krejci
February/2018
Advisors: Maurıcio Aredes
Gustavo Figueiredo Gontijo
Department: Electrical Engineering
This work presents the mathematical modeling and experimental procedures
used in the implementation of a wind turbine emulator in the Laboratory of Power
Electronics and Medium Voltage - COPPE / UFRJ.
vii
Sumario
Agradecimentos v
Lista de Figuras x
Lista de Tabelas xii
1 Introducao 1
1.1 Panorama Mundial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Evolucao do porte dos sistemas eolicos . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Justificativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Escopo do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Producao de Conteudo Academico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7 Estrutura do Trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Fundamentos Teoricos 8
2.1 Modelo Matematico da Turbina Eolica . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Tecnica de Chaveamento do Conversor . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3 Apresentacao da Bancada 12
3.1 Inversor de Frequencia CFW-09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.1 Controle por Orientacao de Campo . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Validacao atraves de Sistema Eolico tipo 1 . . . . . . . . . . . . . . . 21
viii
4 Procedimentos Experimentais 24
4.1 Inicializacao do emulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.2 Calibracao da referencia de torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3 Conducao do ensaio experimental e discussao . . . . . . . . . . . . . . 29
5 Conclusoes e Trabalhos Futuros 32
5.1 Conclusoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.2 Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Referencias Bibliograficas 34
ix
Lista de Figuras
1.1 Capacidade instalada mundial e adicoes anuais, 2006-2016. . . . . . . 2
1.2 Capacidade instalada e adicoes no ano de 2016, paıses top 10. . . . . 2
1.3 Parcela da demanda por eletricidade atendida pela energia eolica. . . 3
1.4 Aerogerador direct drive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.5 Evolucao do porte das turbinas e dos conversores (1980 - 2018). . . . 5
2.1 Curva CP por λ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Curva PL por ωturbine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1 Gerador de inducao de rotor bobinado. . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Inversor de frequencia WEG modelo CFW-09. . . . . . . . . . . . . . 13
3.3 CFW-09 - Diagrama de blocos [10]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.4 Cartoes de expansao EBA/EBB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5 Diagrama de blocos do controle vetorial com sensoriamento (CFW-09). 18
3.6 Bancada experimental. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1 Perfil de vento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2 Diagrama de simulacao implementado em Simulink®. . . . . . . . . 25
4.3 Sinal utilizado para realizar a calibracao. . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.4 Curva de calibracao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
x
4.5 Diagrama do bloco de adequacao do sinal exportado. . . . . . . . . . 28
4.6 Limitador superior do controlador de velocidade. . . . . . . . . . . . . 29
4.7 Velocidade angular da turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.8 Potencia eletrica trifasica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.9 Corrente rms na fase A. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.10 Potencia mecanica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.11 Torque mecanico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
xi
Lista de Tabelas
3.1 Dados do gerador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Dados para modelagem da turbina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
xii
Capıtulo 1
Introducao
1.1 Panorama Mundial
A disseminacao das fontes renovaveis de energia tem ocorrido de forma surpreen-
dente. Dentre elas, a energia eolica e a que apresenta o menor custo por quantidade
gerada (levelized cost of energy - LCOE). Este ındice e geralmente utilizado para
comparar diferentes tipos de tecnologias e representa o custo de geracao de eletrici-
dade por uma dada fonte durante toda sua vida util [1]. Sua expressao simplificada
pode ser vista na equacao (1.1) e encontra-se descrita em [2].
LCOE =
n∑t=1
It +Mt + Ft
(1 + r)t
n∑t=1
Et
(1 + r)t
(1.1)
Em que
It: despesas de investimento no ano t (incluindo financiamento);
Mt: despesas de manutencao e operacao no ano t;
Ft: despesas de combustıvel no ano t;
Et: geracao de eletricidade no ano t;
r: taxa de desconto;
n: vida util do sistema em anos.
1
O conceito LCOE permite a comparacao de projetos com diferentes portes, taxas
de risco, taxas de retorno, capitais de custo, capacidades e vida util [2]. Pode-se
afirmar que o custo competitivo da geracao atraves da energia eolica e o principal
motivo para seu grande crescimento nas ultimas decadas [1].
A figura 1.1 ilustra a capacidade instalada global e seus sucessivos acrescimos
anuais no perıodo de 2006-2016.
59 74 94 121159
197238
283318
369432
+15+20
+27+38
+39
+41
+45
+36
+52
+64
+55
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6
Cap
acid
ade
Inst
alad
a M
un
dia
l (G
W)
Ano
Figura 1.1: Capacidade instalada mundial e adicoes anuais, 2006-20161.
Ja na figura 1.2 estao representadas as capacidades instaladas no ano de 2015 e
as adicoes em 2016 dos paıses pertencentes ao grupo top 10.
23,4
8,2
5
3,6
2 1,61,4 0,9
0,7 0,7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Cap
acid
ade
Inst
alad
a (G
W)
+
+
+
+
+ ++ +
+ +
Figura 1.2: Capacidade instalada e adicoes no ano de 2016, paıses top 101.
2
Cabe destacar que a China instalou so em 2016, o equivalente a toda capacidade
instalada da Espanha e que deteve neste ano 1/3 da capacidade instalada global [3].
Estes dados tambem mostram que o Brasil foi o quinto paıs que mais adicionou
capacidade instalada em 2016, alem de ter ocupado a posicao de oitavo lugar mundial
no setor eolico quanto a capacidade instalada.
O percentual da demanda por eletricidade atendida exclusivamente por geracao
eolica pode ser vista na figura 1.3, onde foram considerados apenas os paıses que
possuem mais que 10% de eletricidade suprida por essa fonte. Cabe destacar a alta
penetracao da fonte eolica na Dinamarca, que alcanca praticamente 40%.
37,6
2724 22,8
19,7 19
13 12,5 11,4 11,1 10,6 10,5 10,4 10,4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Percentual
Figura 1.3: Parcela da demanda por eletricidade atendida pela energia eolica1.
A apresentacao destes dados mostra de forma clara a relevancia desta fonte de
energia, e indica que a tendencia de crescimento acentuado deva se manter nos
proximos anos. A expectativa e de que, em um cenario moderado, a capacidade
instalada global atinja 760 GW em 2020 [1].
1Estes graficos foram montados com base nos dados apresentados em [3].
3
1.2 Evolucao do porte dos sistemas eolicos
O aumento do tamanho e potencia individual das turbinas e dos conversores
tambem impressiona. Na decada de 80, a eletronica de potencia envolvida nos
sistemas eolicos era representada apenas por um soft-starter composto por simples
tiristores e chaves de bypass [4]. Este era responsavel por realizar a conexao do
gerador com a rede, de forma a evitar correntes excessivamente altas. Seus tiristores
nao necessitavam de suportar a potencia do sistema de forma contınua, visto que
chaves de bypass eram acionadas apos a conexao com a rede [5]. Este sistema e
conhecido como de velocidade fixa ou tipo 1.
Na decada de 90, a funcao desempenhada pela eletronica de potencia era a de
controlar a resistencia rotorica de geradores de inducao de rotor bobinado atraves
do uso de ponte a diodo e chopper [1], de forma que ocorresse a alteracao da carac-
terıstica torque/velocidade da maquina e que esta pudesse ser operada em velocidade
ate 10% superior a sıncrona [5]. Este sistema e conhecido como tipo 2.
Ja o uso em larga escala dos conversores back-to-back teve inıcio nos anos 2000.
Inicialmente foram utilizados em sistemas eolicos do tipo doubly-fed induction gene-
rator (DFIG). Nesta configuracao, o conversor esta acoplado ao rotor do gerador e
precisa lidar apenas com a potencia de escorregamento, correspondente a cerca de
30% da potencia nominal da maquina [1]. Este sistema e conhecido como tipo 3.
Com a evolucao das tecnologias e a diminuicao dos precos dos equipamentos de
eletronica de potencia, os conversores back-to-back passaram a ser oferecidos tambem
na configuracao full-scale, em que o conversor precisa lidar com a potencia plena da
maquina, pois encontra-se entre a mesma e a rede. Sao utilizados predominante-
mente geradores de inducao gaiola de esquilo e sıncrono de ımas permanentes [5].
Este sistema e conhecido como tipo 4.
A caixa de engrenagens nao e necessaria em sistemas que possuam geradores com
elevado numero de polos (Direct Drive). Essa eliminacao aumenta a eficiencia do
sistema e reduz custos iniciais e de manutencao. Entretanto, podem ocorrer incre-
mentos nos custos de instalacao e do gerador devido ao grande diametro necessario
para acomodar o maior numero de polos [5].
Uma comparacao entre sistemas eolicos do tipo direct drive e tradicionais com
caixa de engrenagens pode ser vista em [6]. A ilustracao de um aerogerador direct
drive pode ser observada na figura 1.4.
4
Figura 1.4: Aerogerador direct drive.
Por fim, a evolucao do porte e da potencia das turbinas pode ser acompanhada
na figura 1.5. A area em azul representa a potencia do conversor em relacao a
da maquina. Foi feita uma estimativa de que em 2018, as turbinas de 10 MW ja
estariam disponıveis.
Eletrônicade Potência
Potência Nominal ~0% 10% 30% 100%
Soft Starter Variação de Potência Potência Plena do SistemaResistência Rotórica
Rotórica
Figura 1.5: Evolucao do porte das turbinas e dos conversores (1980 - 2018)2.
2Figura adaptada de [1].
5
1.3 Justificativa
A penetracao cada vez maior das fontes renovaveis e o uso amplo de turbinas
de potencia elevada, comecam a gerar impactos mais significativos no sistema de
potencia. Diversas pesquisas deverao ser conduzidas com intuito de aprimorar os
geradores, os equipamentos de eletronica de potencia e as estrategias de controle
para que essa integracao seja a mais adequada possıvel [1].
E com esse objetivo que o Laboratorio de Eletronica de Potencia e Media Tensao
(LEMT) - COPPE/UFRJ tem conduzido diversas linhas de pesquisas envolvendo
as principais fontes renovaveis de energia.
O emulador eolico apresentado neste trabalho fara parte de diversos outros es-
tudos e permitira a validacao de solucoes inovadoras seja em termos de controle ou
de topologia.
Este tambem tera a funcao de reproduzir o comportamento de uma geracao
eolica no prototipo de microrede que encontra-se em contrucao no LEMT, de forma
que possibilitara analises de diferentes questoes de estabilidade na rede e interacoes
entre geracoes distribuıdas.
1.4 Escopo do Trabalho
Neste trabalho, a turbina e emulada atraves de um conjunto composto por in-
versor de frequencia e motor de inducao trifasico.
A referencia de torque mecanico enviada ao inversor, e gerada por um modelo
da planta implementado em Simulink®. Nele sao inseridos os parametros constru-
tivos da turbina bem como os dados do perfil de ventos, de forma que o torque a
ser reproduzido pelo emulador seja consoante com o que seria produzido por uma
turbina real.
Acoplado mecanicamente a turbina, encontra-se um gerador de inducao de ro-
tor bobinado. Seus enrolamentos rotoricos foram mantidos em curto-circuito, de
maneira que o mesmo se comportasse como uma maquina de inducao com rotor
gaiola de esquilo. Em aplicacoes futuras sera empregado um conversor de eletronica
de potencia no circuito do rotor, de modo que possa ser emulado um sistema de
geracao eolica com velocidade variavel. Dessa forma, a velocidade da turbina po-
dera ser controlada pelo conversor e a potencia convertida podera ser otimizada para
diferentes velocidades de vento.
6
1.5 Producao de Conteudo Academico
O conteudo deste documento rendeu publicacao de um artigo na secao educaci-
onal do Congresso Brasileiro de Eletronica de Potencia (COBEP) 2017. O mesmo
encontra-se disponıvel na base do IEEE Xplore® sob o tıtulo: Implementation of
a wind turbine emulator test bench using a squirrel cage induction machine [7].
1.6 Objetivo
Este trabalho tem o objetivo de documentar a modelagem matematica e os pro-
cedimentos experimentais que, foram utilizados na implementacao da bancada eolica
desenvolvida no LEMT.
Cabe destacar que, apesar do inversor utilizado ser um modelo comercial do
fabricante WEG, a abordagem apresentada e aplicavel a qualquer outro inversor.
1.7 Estrutura do Trabalho
O presente trabalho encontra-se dividido da seguinte forma:
Capıtulo 1:
Apresenta ao leitor o panorama da energia eolica e introduz o trabalho atraves da
justificativa, escopo, producao academica e objetivo;
Capıtulo 2:
Descreve a modelagem matematica da turbina eolica;
Capıtulo 3:
Apresenta os principais aspectos da bancada experimental implementada no Labo-
ratorio de Eletronica de Potencia e Media Tensao;
Capıtulo 4:
Introduz os procedimentos experimentais e os resultados obtidos;
Capıtulo 5:
Comenta as conclusoes e os possıveis trabalhos futuros.
7
Capıtulo 2
Fundamentos Teoricos
Neste capıtulo serao apresentadas a modelagem matematica da turbina e a
tecnica de chaveamento utilizada para acionar o conversor.
2.1 Modelo Matematico da Turbina Eolica
O calculo da potencia de uma massa de ar (Pw) que escoa por uma determinada
area pode ser realizado atraves da equacao (2.1).
Pw =1
2%Av3w (2.1)
Em que
% e a densidade do ar, em kg/m3;
A e a area da secao transversal a direcao do vento, em m2;
vw e a velocidade do vento, em m/s.
No entanto, deve ser notado que a turbina nao absorve essa potencia de modo
integral. Apenas uma parcela e convertida por suas pas e disponibilizada em forma
de potencia mecanica no eixo do sistema. Este fator de conversao e conhecido como
Coeficiente de Potencia (CP ) e esta relacionado com aspectos construtivos das pas
como material utilizado e caracterısticas aerodinamicas. Representa uma medida
da eficiencia na transformacao da energia cinetica dos ventos, que atingem as pas
da turbina, em energia mecanica. Na equacao (2.2) a potencia mecanica (PL) e
expressa atraves de Pw e CP .
8
PL =1
2%Av3wCP (2.2)
O coeficiente de potencia e funcao do angulo de pitch (β) das pas da turbina e
do tip speed ratio (λ). Este ultimo e a razao entre a velocidade tangencial na ponta
da pa e a velocidade do vento, e encontra-se definido na equacao (2.3).
λ =ωturbinerT
vw(2.3)
Em que
ωturbine e a velocidade angular da turbina, em rad/s;
rT e o raio das pas da turbina, em m.
O calculo do coeficiente de potencia depende da tecnologia empregada na turbina.
Neste trabalho, o CP sera calculado de acordo com a equacao (2.4) que encontra-se
descrita em [8].
CP (λ, β) = 0.22(116
λi− 0.4β − 5
)e
12.5λi (2.4)
Em que
1
λi=
1
λ+ 0.08β− 0.035
β3 + 1
Na figura 2.1 foram ilustradas curvas de CP para diferentes angulos β. Pode ser
observado que, conforme o angulo de pitch das pas se afasta do valor ideal, que e o
nulo, o CP diminui. Ou seja, quanto mais vento e vertido, menos potencia mecanica
e convertida. Neste trabalho o valor de β sera sempre nulo, de forma que o ponto
de operacao se deslocara ao longo da curva azul da figura 2.1 de acordo com o tip
speed ratio. Esta estrategia foi possıvel devido a aplicacao de ventos com velocidades
iguais ou inferiores a nominal da turbina.
9
Tip speed ratio - λ0 2 4 6 8 10 12 14
Cp
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5β = 0º
β = 10ºβ = 20º
β = 30º
Figura 2.1: Curva CP por λ.
A equacao (2.2) foi avaliada para 5 velocidades distintas de vento, com intuito
de ilustrar a variacao da potencia mecanica de uma turbina de acordo com sua
velocidade angular. O raio das pas adotado foi de rT = 3.3 m, de forma que
houvesse coerencia com a potencia da turbina emulada. Essas curvas podem ser
observadas na figura 2.2.
Velocidade Angular da turbina (rad/s)
0 10 20 30 40 50 600
5
10
15
20
25vω
= 9 m.s-1
vω
= 10 m.s-1
vω
= 11 m.s-1
vω
= 12 m.s-1
vω
= 12.5 m.s-1
Po
tên
cia
Mec
ân
ica
(kW
)
Figura 2.2: Curva PL por ωturbine.
Ainda na figura 2.2, pode ser visto que existe uma velocidade angular do rotor
para cada velocidade de vento que otimiza a potencia convertida. Nestes pontos o
coeficiente de potencia e maximo e o tip speed ratio e chamado de otimo.
10
2.2 Tecnica de Chaveamento do Conversor
Nas ultimas decadas, diversas tecnicas de modulacao por largura de pulso (Pulse
Width Modulation, PWM) tem sido estudadas. Varios metodos PWM foram desen-
volvidos com intuito de alcancar os seguintes objetivos [9]:
Aumento da faixa linear de modulacao;
Diminuicao das perdas por chaveamento;
Diminuicao da Distorcao Harmonica Total (THD);
Aumento da Facilidade de implementacao;
Diminuicao do fardo computacional.
Durante muito tempo, os metodos baseados em comparacao com portadora
(carrier-based PWM) foram amplamente utilizados na maioria das aplicacoes [9].
No esquema de PWM classico, conhecido como seno-triangulo ou Natural Sam-
pling Modulation (NSPWM), a modulacao e realizada atraves da comparacao de
uma portadora triangular de alta frequencia com um sinal modulador senoidal.
A injecao de distorcao harmonica no sinal modulador deu inıcio ao estudo de
tecnicas PWM baseadas em portadoras com moduladoras nao senoidais (nonsinu-
soidal carrier-based PWM). Atraves da adicao de componentes de sequencia zero, a
faixa linear de modulacao das tensoes de linha pode ser estendida [9].
Neste trabalho, a estrategia de chaveamento adotada sera a convencional, PWM
seno-triangulo.
11
Capıtulo 3
Apresentacao da Bancada
Este capıtulo tem o objetivo de descrever a bancada experimental implementada
no Laboratorio de Eletronica de Potencia e Media Tensao. Esta e composta pelo
emulador de turbina eolica de 18 kW acoplado mecanicamente a um gerador de
inducao de 15 kW que pode ser visto na figura 3.1.
Figura 3.1: Gerador de inducao de rotor bobinado.
A validacao do emulador de turbina foi realizada com um sistema eolico conhe-
cido como de velocidade fixa, ou tipo 1. Esta configuracao sera abordada com mais
detalhes apos a apresentacao do inversor de frequencia WEG CFW-09.
12
3.1 Inversor de Frequencia CFW-09
O inversor de frequencia WEG CFW-09 e uma solucao robusta e de alto desem-
penho que possibilita o controle de motores de inducao trifasicos seja por referencia
de torque ou de velocidade. Sua ilustracao pode ser observada na figura 3.2.
Figura 3.2: Inversor de frequencia WEG modelo CFW-09.
13
Este inversor oferece controles programaveis dos tipos escalar (V/F) e vetorial,
que podem ser configurados pelo usuario atraves da interface homem-maquina (HMI)
ou do software Super Drive.
Possui regulador proporcional, integral e derivativo (PID) que pode ser utilizado
de forma superposta ao regulador de velocidade. Este regulador e capaz de realizar o
controle da velocidade da maquina de forma que ocorra o controle em malha fechada
da variavel de processo desejada. Dentre as possıveis aplicacoes para este regulador
estao o controle de vazao, de temperatura, de nıvel, de dosagem etc [10].
O CFW-09 conta ainda com uma funcao que permite o ajuste automatico dos
parametros de controle atraves da identificacao autonoma da carga e do motor uti-
lizados.
Atraves da funcao de frenagem otima, e capaz de propiciar torques de frenagem
praticamente 5 vezes maiores que os obtidos com a frenagem por injecao de corrente
contınua. Este resultado e alcancado com a maximizacao das perdas totais no motor
e no inversor.
O diagrama de blocos do CFW-09 encontra-se ilustrado na figura 3.3 e esta
dividido em duas partes principais: circuito de potencia e circuito de controle.
Na porcao superior estao presentes os principais componentes do ramo de
potencia. O mesmo e composto por um retificador trifasico a diodos, elo de corrente
contınua, inversor a transistores IGBT, sensores de tensao, de corrente e de faltas
(a terra e de fase).
No elo de corrente contınua (cc) estao presentes:
Circuito de pre-carga: Promove a carga gradual do banco de capacitores du-
rante a inicializacao do conversor;
Indutor externo em serie com o elo cc (item opcional): Filtragem de
harmonicos de corrente;
Banco de capacitores;
Resistor de frenagem com chopper : Possibilita a dissipacao de energia do elo
caso o nıvel de tensao cc ultrapasse o limite maximo configurado.
Filtro RFI: Realiza a supressao de ruıdo eletromagnetico. Este conversor
possui internamente um filtro de radio frequencia de modo comum. Caso
a aplicacao exija uma filtragem mais severa, o usuario pode ainda instalar
outro RFI como acessorio externo.
14
Figura 3.3: CFW-09 - Diagrama de blocos [10].
15
Deve-se notar que o CFW-09 nao permite fluxo de potencia bidirecional, ja que
seu retificador e a diodos. Portanto, toda energia retirada do motor pelo CFW-09
que exceda os limites configurados para o elo cc sera dissipada, ou em ultimo caso
acionara a protecao. Neste caso, os pulsos de disparo dos transistores IGBT serao
cortados e uma mensagem de erro sera exibida na interface homem-maquina.
Na porcao inferior do diagrama de blocos estao presentes os componentes de
controle. A seguir, encontram-se listados seus principais elementos presentes na
versao padrao do conversor:
Cartao de controle CC9 com CPU de 32 bits baseada em tecnologia RISC;
02 entradas analogicas;
06 entradas digitais;
02 saıdas analogicas;
03 saıdas a rele;
Human Machine Interface (HMI): Realiza a interface homem-maquina. Pos-
sibilita o ajuste de parametros, informa codigos de erros e exibe leitura de
sensores.
Como itens opcionais podem ser citados:
Cartao de expansao EBA/EBB, em detalhe na figura 3.4, contendo:
– RS-485 isolada;
– 01 entrada digital;
– 02 saıdas digitais;
– 01 entrada/saıda encoder;
– 01 entrada para Positive Temperature Coefficient (PTC): E um termistor,
ou seja, um resistor com coeficiente termico positivo. Sua resistencia
aumenta com o aumento da temperatura, e neste caso tem a funcao de
proteger o motor contra sobrecorrentes. Utiliza entrada digital DI8;
– Cartao de expansao EBA com 01 entrada e 02 saıdas analogicas de 14
bits;
– Cartao de expansao EBB com 01 entrada e 02 saıdas de 4 a 20 mA
isoladas;
16
Figura 3.4: Cartoes de expansao EBA/EBB.
Fieldbus : E um sistema de comunicacao digital que conecta controladores,
sensores e atuadores. Dentre os diversos protocolos que podem ser utilizados
em uma rede fieldbus, estao disponıveis o Profibus DP e o Devicenet. Estes sao
utilizados geralmente em ambientes industriais agressivos, com altas taxas de
interferencia eletromagnetica. Em operacoes como estas, devem ser adotadas
medidas especıficas para que sejam garantidas baixas taxas de erros. A rede
fieldbus pode ser acessada atraves de dispositivos como computador, Contro-
lador Logico Programavel (CLP) ou ainda por um Sistema Digital de Controle
Distribuıdo (SDCD);
HMI remota;
RS-232 que possibilita a comunicacao atraves do protocolo Modbus-RTU ou
atraves da conexao com computador por meio do software Super Drive da
WEG.
17
3.1.1 Controle por Orientacao de Campo
A figura 3.5 ilustra uma versao simplificada do diagrama de controle vetorial
presente no manual do inversor WEG CFW-09 [10]. Seus principais componentes
serao discutidos a seguir.
PI
Sat
𝑖 𝑞∗
𝑖 𝑞
−+
PI
𝑖 𝑑∗
−+
𝑣 𝑞∗
𝑣𝑑∗
PI
𝑖 𝑚𝑅
−+
𝑖 𝑚𝑅
∗
PID
𝜔(e
nco
der)
−+
𝜔∗
Park
𝑖 𝑆𝑎𝑏𝑐
𝑖 𝑑 𝑖 𝑞
𝑣𝑆𝑎𝑏𝑐
∗
PW
M
Pa
rk
Invers
a
Retificador
Elo
cc
Invers
or
1
𝜏 𝑅𝑠+1
Moto
r
Pu
lsos d
e d
ispa
ro
Rede
Regu
lad
or
de
velo
cid
ade
Regu
lad
or
de
Flu
xo
Sa
tura
dor
Regu
lad
ore
s d
e
Corr
en
te
𝜔(e
nco
der)
𝑖 𝑆𝑎𝑏𝑐
Figura 3.5: Diagrama de blocos do controle vetorial com sensoriamento (CFW-09).
18
O controle por orientacao de campo (Field Oriented Control - FOC) e realizado
atraves da definicao de um eixo de coordenadas sıncrono, referente a posicao do
vetor espacial de um dos fluxos magneticos da maquina (rotor, estator ou air-gap).
Atraves desta orientacao, e possıvel a decomposicao do vetor espacial de corrente
do estator (iS) em uma componente de eixo direto (iSd), capaz de gerar o fluxo do
rotor, e outra de eixo em quadratura (iSq), responsavel pelo torque eletromagnetico.
Este tipo de controle permite que a maquina de inducao seja acionada de forma
similar a maquina de corrente contınua de excitacao independente [11].
As medicoes da velocidade angular do rotor (ω) e das correntes no estator (iSabc)
permitem o fechamento das malhas de realimentacao dos quatro controladores pre-
sentes no diagrama da figura 3.5. As componentes iSd e iSq sao obtidas apos a
aplicacao da transformada de Park [12] nas correntes do estator. Ja a relacao entre
a corrente de magnetizacao do rotor (imR) e iSd pode ser expressa por uma funcao
de transferencia de primeira ordem atraves da constante de tempo do rotor (τR),
como mostrado na equacao (3.1) [11].
imR =iSd
1 + τRs(3.1)
O torque eletrico (TE) pode ser descrito em funcao da componente em quadratura
do vetor espacial de corrente do estator e da corrente de magnetizacao do rotor, como
pode ser visto na equacao (3.2) [11].
TE(t) = kimRiSq (3.2)
Em que
k =2
3(1 − σ)LS;
σ: Fator de dispersao;
LS: Indutancia do estator.
Como a constante de tempo τR e bem alta, nao e comum controlar o torque
eletrico TE atraves de alteracoes na magnitude do fluxo. A estrategia utilizada para
obtencao de uma boa resposta dinamica e manter a magnetizacao da maquina em
nıveis altos, porem abaixo do inıcio da saturacao do nucleo de ferro, atraves do
controle de iSd [11].
19
Ja a componente em quadratura da corrente de estator iSq e controlada de forma
a impor o torque eletrico desejado.
As referencias (i∗sq) e (i∗sd) enviadas aos reguladores de corrente sao produzidas
pelos controladores de velocidade e de fluxo respectivamente. Esta estrutura de
controle em cascata permite que disturbios nas malhas internas sejam mitigados
antes de serem propagados para as malhas externas [13].
As componentes de eixo direto e em quadratura sao constantes em regime per-
manente, portanto, os reguladores de corrente utilizados sao do tipo proporcional
integral (PI). Como o sistema em questao e estavel, este tipo de controlador garante
o rastreamento do sinal de referencia em regime permanente [13].
As referencias de tensoes de eixo direto (v∗sd) e em quadratura (v∗sq) sao forne-
cidas pelos sinais de saıda dos reguladores de corrente, de forma que, em regime
permanente, as correntes i∗sd e i∗sq sejam rastreadas. Estas tensoes passam pela
transformada de Park inversa antes de serem enviadas ao processo de modulacao
por largura de pulso (Pulse-Width Modulation - PWM) do inversor.
O angulo ρ, utilizado nas transformadas direta e inversa de Park, e proveniente
da integracao da velocidade angular do vetor espacial de fluxo do rotor (ωmR).
20
3.2 Validacao atraves de Sistema Eolico tipo 1
Na configuracao de sistema eolico tipo 1, a velocidade angular do campo girante
do estator e imposta pela rede, de forma que a variacao de velocidade do rotor fique
restrita a uma pequena faixa em torno do escorregamento nominal. A maquina
opera como gerador quando a frequencia eletrica do rotor e superior a da rede,
determinando entao um escorregamento negativo.
O arranjo experimental que representa o sistema pode ser visto na figura 3.6, tal
que o conjunto composto pelo inversor e pela maquina azul caracteriza-se como o
emulador de turbina.
Figura 3.6: Bancada experimental.
A maquina cinza, que encontra-se conectada mecanicamente ao emulador, foi
utilizada como gerador de inducao. Seus dados nominais podem ser vistos na tabela
3.1.
As medicoes das tensoes, correntes e potencias nos terminais do gerador foram
realizadas com o auxılio de um medidor de qualidade de energia. Os dados de
medicao foram salvos em um cartao de memoria, carregados em um pc e importados
pelo Matlab® para que fossem analisados posteriormente.
21
Para que a compreensao seja mais direta, as velocidades angulares serao exibidas
em rpm sempre que possıvel.
Tabela 3.1: Dados do gerador.
Parametro Valor Unidade
N. de Polos 4 −ω 1850 rpmPS 15 kWIaS 49 ARS 0,287 Ω
Em que
ω: Velocidade angular do rotor;
PS: Potencia trifasica do estator;
IaS: Corrente nominal de fase do estator;
RS: Resistencia do estator.
O calculo da potencia mecanica necessaria no eixo do sistema, para que o gerador
forneca potencia nominal a rede, pode ser realizado atraves do circuito monofasico
equivalente de regime permanente da maquina de inducao.
As perdas ohmicas no estator da maquina (PoS) sao expressas pela equacao (3.3).
PoS = 3RSI2aS (3.3)
A potencia de entreferro (Pg) do gerador e descrita por (3.4).
Pg = PS + PoS (3.4)
Devido a maquina possuir 4 polos e estar conectada a uma rede de 60 Hz, seu
escorregamento nominal (S) e dado por (3.5):
S =1800 − ω
1800(3.5)
22
A potencia mecanica no eixo (PL) pode ser expressa por (3.6).
PL = (1 − S)Pg (3.6)
Dessa forma, a potencia mecanica PL necessaria no eixo do sistema para os
parametros nominais do gerador e de aproximadamente 18 kW , mais precisamente
17, 53 kW .
A velocidade de operacao da turbina, no ponto de maior potencia na curva
verde (vw = 12.5 m/s) da figura 2.2, e dada por ωturbine = 227, 3 rpm. Para
que houvesse compatibilidade de velocidades, foi necessario o uso de uma caixa
multiplicadora, implementada de forma virtual como um simples ganho gb no modelo
em Simulink® (3.7).
gb =ω
ωturbine
=1850
227, 3= 8.14 (3.7)
Os parametros utilizados para reproducao da turbina neste trabalho encontram-
se na tabela 3.2.
Tabela 3.2: Dados para modelagem da turbina.
Parametro Valor Unidade
% 1.225 kg/m3
rT 3,3 mvw 12,5 m/sλ 6,28 −gb 8,14 −PL 18 kW
23
Capıtulo 4
Procedimentos Experimentais
A referencia de torque enviada ao inversor e calculada em tempo real por um
modelo em Simulink®. Este e baseado nas equacoes (2.2)-(2.4), nos parametros da
planta e em um perfil de ventos fictıcio que pode ser visto na figura 4.1.
Tempo (s)50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Vel
ocid
ade
do V
ento
(m
/s)
9
9.5
10
10.5
11
11.5
12
12.5
Figura 4.1: Perfil de vento.
Este perfil foi gerado atraves do bloco signal builder presente no diagrama de
simulacao ilustrado na figura 4.2.
24
Anal
ogO
utpu
t
Ana
log
Out
put1
Nat
iona
l Ins
trum
ents
PC
I-622
9 [a
uto]
Anal
ogIn
put
Ana
log
Inpu
tN
atio
nalI
nstru
men
tsP
CI-6
229
[aut
o]
3
expo
ente
-K-
0.5
* pi
* R
t^2
* ro
1/gb
engr
enag
ens
Rt
Rai
o
uv
V_v
ento
^3
0
Pitc
h
CP
B lam
bda
cp
Cal
culo
Cp
1 s+1
Sin
al d
e te
nsao
- B
aten
te
TL
Cp
rpm
Iq_r
ef In
vers
or
PL
TS
R
Sign
al 1
Gro
up 1
Sig
nal B
uild
erV
_win
d
rpm
_enc
rpm
omeg
a
Filtr
agem
e C
onve
rsão
[Om
ega]
[Om
ega]
[Om
ega]
Avo
iddi
visi
onby
zer
o
Om
ega
[Vw
ind]
Avo
id d
ivis
ion
by z
ero
TL
Sin
al
Iq_r
ef
Cal
ibra
ção
[Vw
ind]
tsr
cp
TL
P_w
ind[TL]
[TL]
1 s+1
1 s+1
Figura 4.2: Diagrama de simulacao implementado em Simulink®.
25
As etapas de importacao do sinal do encoder e de exportacao da referencia de
torque para o inversor, foram realizadas atraves da placa de conversao A/D-D/A
modelo PCI-6229 do fabricante National Instruments e dos blocos analog input e
analog output do Simulink® (em detalhe amarelo).
A velocidade angular medida pelo encoder e ruidosa e encontra-se em rpm. Esta
precisou passar pelas etapas de filtragem e conversao para rad/s (bloco azul) antes
de ser utilizada pelos outros blocos do modelo.
Antes de ser exportada, a referencia de torque mecanico foi convertida em um
sinal que respeitasse a faixa de operacao da placa A/D-D/A (0 − 10 V cc) e que
produzisse o torque desejado na turbina. Este processo foi realizado pelo bloco de
cor ciano e sera descrito com mais detalhes na secao 4.2.
4.1 Inicializacao do emulador
A inicializacao do emulador foi realizada com o gerador desconectado da rede
eletrica e com o inversor configurado para operar no modo de controle por torque.
Este modo de controle pode ser alcancado no inversor CFW-09 atraves da sa-
turacao do regulador de velocidade. Como este modelo de inversor nao possui um re-
gulador de torque, o objetivo de controle e alcancado por meio da alteracao dinamica
dos limites dos saturadores superior e/ou inferior da corrente em quadratura, ou de
torque [10]. Este saturador pode ser visto em detalhe laranja na figura 3.5.
Devido a saturacao do regulador, a velocidade nao pode mais ser controlada por
sua referencia. Esta deve ser definida atraves da modificacao de seu limite maximo
e so sera atingida se houver esforco de controle suficiente, cuja restricao e imposta
pelo sinal de referencia de torque.
Valores muito baixos de referencia de torque podem fazer com que a velocidade
do conjunto diminua em demasia, pois o torque oferecido pelo motor se torna menor
que torque de carga imposto pelo gerador. Caso a velocidade se torne menor que a
sıncrona (1800 rpm), ocorrera a inversao do fluxo de potencia e o gerador passara
a motorizar o conjunto. Esta situacao deve ser evitada neste modelo de inversor, ja
que o mesmo nao admite fluxo de potencia bi-direcional devido ao seu retificador a
diodos.
Apos a conducao do conjunto motor gerador ate a velocidade sıncrona(1800 rpm),
foram realizados os procedimentos de sincronizacao e conexao com a rede. Deste
momento em diante, o gerador passou a injetar potencia na rede de acordo com seu
escorregamento.
26
4.2 Calibracao da referencia de torque
Um processo de calibracao foi realizado com o intuito de adequar a referencia
de torque calculada na simulacao ao sinal de tensao enviado ao inversor. O proce-
dimento foi realizado apos a etapa de inicializacao descrita na secao 4.1.
A metodologia adotada foi a de fixar um valor limite de corrente atraves de um
sinal de tensao cc, aguardar o conjunto chegar em regime permanente e so entao
realizar as medicoes da velocidade angular e das grandezas eletricas nos terminais
do gerador.
Atraves destas medicoes e das equacoes (3.3)-(3.6) e (4.1), foi possıvel estimar
o torque mecanico (TL) reproduzido pelo emulador de turbina no eixo do sistema
devido ao sinal de referencia aplicado.
TL =PL
ω(4.1)
O sinal exportado para o inversor durante o processo de calibracao pode ser visto
na figura 4.3. Foram realizadas medicoes nos patamares correspondentes as tensoes
de 2, 3, 4, 5 e 6 V.
Tempo (s)0 50 100 150 200 250 300
Ten
sao (
V)
0
1
2
3
4
5
6
7 Sinal 1
Figura 4.3: Sinal utilizado para realizar a calibracao.
Encontram-se ilustrados em vermelho na figura 4.4, os valores estimados de tor-
que mecanico para cada sinal aplicado durante a etapa de calibracao. O polinomio
(Pajuste), proveniente da interpolacao destes pontos, pode ser observado na equacao
(4.2) e encontra-se representado na figura 4.4 atraves da curva azul.
27
Pajuste(TL) = 1.157e−06 ∗ T 3L + 2.789e−04 ∗ T 2
L + 2.636e−02 ∗ TL + 0.588 (4.2)
Torque Mecânico (N.m)20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tens
ão (
V)
1
2
3
4
5
6
7
8
Ajuste polinomialPontos medidos
Figura 4.4: Curva de calibracao.
A figura 4.5 ilustra o interior do bloco de calibracao, cujas funcoes sao imple-
mentar o polinomio da equacao (4.2) e garantir que haja disponibilidade de torque
para partida da maquina atraves de um sinal de offset que logo decai a zero.
Coef1
Coeficiente Angular 1
Coef4
Coeficiente Linear
Signal 1Group1
Offset Partida
uv
TL^33
cte
Coef2
Coeficiente Angular 2
Coef3
Coeficiente Angular 3
uv
TL^22
cte
1TL
1Sinal
2Iq_ref
Figura 4.5: Diagrama do bloco de adequacao do sinal exportado.
O experimento alvo deste trabalho teve inıcio logo apos a etapa de calibracao e
sera discutido na proxima secao.
28
4.3 Conducao do ensaio experimental e discussao
A conducao do ensaio experimental teve seu inıcio apos as etapas de calibracao e
de inicializacao do emulador descritas nas secoes 4.2-4.1. Apos estes procedimentos,
o gerador foi levado ate sua velocidade nominal que e de 1850 rpm. Deste momento
em diante, o inversor passou a receber a referencia de torque ilustrada na figura 4.6.
A mesma foi obtida conforme explicitado na secao 4.2, mediante aplicacao do perfil
de vento ilustrado na figura 4.1
Tempo (s)50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Tens
ão (
V)
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Figura 4.6: Limitador superior do controlador de velocidade.
A medicao da velocidade angular, feita com o auxılio de um encoder, pode ser
vista na figura 4.7.
Tempo (s)50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Vel
ocid
ade
Ang
ular
(rp
m)
1857
1853
1848
1843
1838
1834
1829
1824
Figura 4.7: Velocidade angular da turbina.
29
Os valores medidos de potencia eletrica trifasica e corrente rms na fase A podem
ser vistos juntamente com seus ajustes polinomiais nas Fig. 4.8 e Fig. 4.9 respecti-
vamente.
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Pot
ênci
a (
kW)
Potência mecânica medidaAjuste de curva
14
12
10
8
6
4
Tempo (s)
Figura 4.8: Potencia eletrica trifasica.
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Cor
rent
e rm
s (A
)
Corrente medida na fase AAjuste de curva
Tempo (s)
45
40
35
30
25
Figura 4.9: Corrente rms na fase A.
30
As curvas azuis nas figuras 4.10 e 4.11 representam respectivamente a potencia
mecanica e o torque mecanico obtidos na simulacao. Ja as curvas vermelhas repre-
sentam estas grandezas reproduzidas fisicamente pela bancada experimental.
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Pot
ênci
a (
kW)
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Referência da simulaçãoPotência reproduzida fisicamente
Tempo (s)
Figura 4.10: Potencia mecanica.
50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Tor
que
(N.m
)
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Referência da simulaçãoTorque reproduzido fisicamente
Figura 4.11: Torque mecanico.
Estes resultados comprovam a eficacia da metodologia proposta e confirmam que
o controle utilizado e capaz de emular uma turbina eolica.
31
Capıtulo 5
Conclusoes e Trabalhos Futuros
5.1 Conclusoes
Este trabalho descreveu o processo de implementacao de uma bancada experi-
mental, com objetivo de emular uma turbina eolica no que diz respeito a reproducao
de um torque mecanico, de acordo com um modelo matematico de um sistema eolico,
no eixo do gerador.
Foi utilizado um inversor de frequencia para acionar um motor de inducao de tal
forma que a potencia mecanica no eixo fosse coerente com a de um sistema eolico
real. Um gerador, acoplado diretamente ao eixo do motor, realizou a conversao da
potencia mecanica para eletrica e a injetou na microrrede do laboratorio.
Foram abordados aspectos teoricos relevantes como a modelagem matematica da
turbina, o circuito equivalente da maquina de inducao e a teoria de orientacao de
campo. Por fim, foram feitas a descricao da bancada implementada, a apresentacao
dos resultados e sua discussao.
Atraves dos resultados, ficou bem claro que o emulador em questao conseguiu
reproduzir fisicamente um torque mecanico consoante com o que seria produzido
por uma turbina real.
Esta bancada experimental sera parte integrante de estudos mais avancados en-
volvendo sistemas eolicos de velocidade variavel, sendo portanto um elemento basico
de suma importancia.
32
5.2 Trabalhos Futuros
Podem ser citados como propostas de trabalhos futuros:
Operacao do sistema eolico na configuracao DFIG;
Operacao do sistema eolico na configuracao full-scale;
Modelagem do comportamento dinamico da turbina atraves da consideracao
da constante de inercia inerente ao sistema;
Estudo da viabilidade de insercao de um sensor de torque entre o motor e o ge-
rador. Devem ser analisados parametros como custo, confiabilidade, resolucao
das medicoes, rigidez, faixas de operacao e capacidade de desprezar os torques
de vibracao ou harmonicos;
Estudo da possibilidade de medicao das correntes de estator do motor com
sensores de efeito Hall e posterior decomposicao atraves da transformada de
Park e do angulo do fluxo do rotor. De posse da componente em quadratura
da corrente do estator, seria possıvel estimar o torque no eixo.
Comparacao das duas estrategias supracitadas;
Implementacao de um regulador de torque utilizando o torque medido ou es-
timado no eixo e o torque de referencia gerado pelo modelo da planta imple-
mentado no Simulink®. A saıda desse regulador e que seria a nova referencia
de corrente em quadratura, ou corrente de torque, para o inversor CFW-09.
33
Referencias Bibliograficas
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tems”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electro-
nics, v. 1, n. 3, pp. 139–152, sep 2013. doi: 10.1109/jestpe.2013.2275978.
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Turbine Synchronous Generator”. In: 2011 IEEE Electronics, Robotics
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