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segunda-feira, 15 de abril de 2013

A Máquina Elétrica Multifásica, Acionamento Multi-fases e o Sistema de Patentes


O emprego de Máquina Elétrica de acionamento elétrico por aproveitamento de harmônicos (tal como ocorre com as máquinas elétricas de imãs permanentes) abre uma grande relação potência-peso sobre as soluções de motores de indução CA convencionais.

Na postagem anterior apresentamos o Sistema de Máquina e de Acionamento Multifásico denominado Meshcon, da Chorus Motors, como uma interessante nova escolha sobre tipos de sistemas para tração de VEs. Vivos que o termo "Meshcon" associado a esta tecnologia significa "Mesh Connected" (conexão em malha) e refere-se a forma do fechamento das ligação dos enrolamentos da máquina multifásica. 

Esta máquina requer a utilização de uma lógica de controle que permite que o motor se reconfigure para operar de forma eficiente em ambos os regimes, tanto de baixa velocidade com alto toque, quanto de alta velocidade e baixo torque. Em outras palavras, esta técnica apresenta elevada densidade de energia e lida com arranques muito rápidos e "saltos de energia", respondendo a variações bruscas de conjugado resistente, bem como uma operação suave e contínua de alta velocidade.

Como o motor apresenta uma ordem elevada de fase, com motores a partir de 5 enrolamentos até valores tão altos quanto 17 enrolamentos de fase, a quantidade de corrente que passa em cada fase é reduzido, permitindo uma redução de 20% ~ 30% no tamanho e no peso do módulo eletrônico de potência.

Assim, é fato que ao aumentar o número de fases e adotando-se algumas combinações específicas de arranjo da rede de enrolamentos, é possível aumentar a potência / torque por ampere (rms) para uma máquina de mesmo volume / peso, com um maximizado aproveitamento dos harmônicos.

Todavia, tanto a máquina, quanto o módulo eletrônico de potência e ainda a lógica de controle se encontram debaixo de patente, exclusiva da empresa Chorus Motors, registrada nos EUA desde 12/2004, como invento atribuído a Jonathan Sidney Edelson, estando a empresa Borealis Technical Limited (Gibraltar), como cessionária.

Sendo um direito de exclusividade no exercício de uma certa atividade econômica, a patente tem aspectos que a assimilam ao monopólio. No entanto, muitas vezes existem diversas variantes alternativas de tecnologias para solucionar o mesmo problema técnico, o que pode moderar ou retirar da patente, em cada caso, o aspecto de monopólio.

Assim, paralelamente, existe a possibilidade de uma certa profusão de outras patentes relacionadas, de modo que ninguém é, exatamente, dono do termo "Máquina Elétrica Polifásica / Multifásica e Acionamento / Controle Multifásico / Polifásico" mas, sim, no caso específico da Borealis, do termo "Motor de Alta Ordem de Fase e Com Enrolamentos Conectados em Malha".

Um Pouco de História Sobre o Termo "Meshcon" = Mesh Connection = Conexão em Malha e os Enrolamentos Multifásicos de Motores:


O Termo "Multiphase Motor" (Motor Multifásico) foi apresentado pela primeira vez no The Standard Electrical Dictionary (um dicionário popular de palavras, termos e frases, usados ​​na prática de engenharia elétrica), pag. 384 e 385, publicado nos EUA em 1897. Obviamente que a descrição do motor de indução Multifásico apresentado naquela definição foi limitado às possibilidades tecnológicas da época, como, por exemplo, o tipo do material dos núcleos ferromagnéticos serem de ferro doce, o rotor ser bobinado ou ser de imãs permanentes e, para ser mais simples, fala-se apenas em quatro fases. No entanto, o que dizer sobre o termo "Mesh Connection" (Conexão em Malha)?

Muito antes de 1914, a Teoria do Circuito Elétrico surgiu, a partir da teoria eletromagnética geral, como uma disciplina independente, com conceitos e métodos originais. Depois de um breve levantamento sobre o estado da teoria do circuito elétrico antes da Primeira Guerra Mundial, a concepção de um circuito como um Sistema Idealizado de Elementos Agrupados já estava firmemente estabelecida, os antigos desenhos que expressavam detalhes físicos do funcionamento, gradualmente haviam desaparecido, em favor de desenhos simplificados, empregando símbolos gráficos.

Não obstante o fato de que se estava muito longe de haver qualquer padronização sobre a aparência visual dos símbolos eletroeletrônicos, aquilo assumia, pelo menos de forma implícita que, para efeito de Análise de Rede, o processo que então surgia por força das necessidades, um resistor, por exemplo, passava a ser considerado, a priori, tão somente como um "Componente", uma "Caixa Preta" de dois terminais, cuja função era definida pela relação:

I = \frac{V}{R},em vez de precisar ser descrito como um dispositivo físico de metal, de carbono ou outro material. O período inicial de "Desenho de Rede" (1920-1925), foi seguido do início da "Síntese de Rede" (1926-1935).

No contexto da eletrônica, de modo geral, uma "Rede", é uma coleção de componentes eletricamente interligados. O termo "Rede", passou a ser empregado a medida que o estudo sobre circuitos elétricos se desenvolveu, e passou a ser mais complexo a partir do Circuito Elétrico Elementar, que contém apenas um único elemento fonte e um único consumidor (e eventualmente condutores elétricos realizando as interligações entre os elementos e uma chave de manobra, para ligar e desligar o consumidor da fonte).

A "Análise de Rede" é o processo empregado para se determinar os valores das tensões entre os terminais e, das correntes que fluem através, de cada um de todos os componentes da rede. Há muitas técnicas diferentes para calcular esses valores. No entanto, para a maior parte, a técnica aplicada pressupõe que os componentes da rede sejam lineares. Ainda no contexto da eletrônica, a Analise de Rede invoca conceitos básicos envolvidos nos circuitos elétricos, tais como: componente, nó, ramo, malha.


"Componente" é um dispositivo com no mínimo dois terminais elétricos e, neste caso mais simples, a corrente elétrica entrará por um terminal, atravessará o componente e sairá pelo outro terminal (ou vice-versa). Assim, a corrente elétrica em cada um dos terminais terá sempre valor idêntico, porém, com sentidos opostos em relação ao componente.

"Bipolo" é termo mais utilizado em nossa língua, para denominar os componentes eletrônicos que possuem dois terminais. Todavia, nada impede que se use o conceito de Componente ou de Bipolo, para encapsular circuitos.

Nestes casos os circuitos encapsulados são ditos "Circuitos Equivalentes de Uma Rede", se esta rede estiver sendo vista em relação a um par de terminais (sempre dois terminais apenas).

Dai nasce, também, o conceito de "Caixa Preta" usado na "Teoria da Rede de Um porta". O conceito que usa o termo "caixa preta" é de emprego muito recente, se comparado a história da "Análise de Rede". O processo de síntese de redes a partir das funções de transferência de Caixas Pretas, pode ser atribuída a Wilhelm Cauer, que publicou suas idéias em sua forma mais desenvolvida, em 1941.

Além do mais, ocorre que os "Componentes" também podem ter mais de dois terminais em que, ou a partir dos quais, as cargas elétricas podem fluir, entrando ou saindo do componente. Componentes de três terminais sempre foram bastante comuns e os de quatro terminais podem até nos remeter ao conceito de "Quadripolo", ou seja uma "rede de duas portas", ou dispositivo de duas portas, que, de fato, é um circuito elétrico encapsulado com dois pares de terminais, que também é uma "caixa preta"

Um exemplo de um componente que é um quadripolo é um Transformador Elementar, que possui dois enrolamentos (bobinas): um enrolamento de primário (entrada) que, no caso, é alimentado por V1 e um enrolamento de secundário (saída) que, por indução eletromagnética, produz a tensão V2.

Componentes de três terminais são, por exemplo, os transistores e os tiristores. Sob certas circunstâncias operacionais, um componente de três terminais pode ser, também, apresentado configurando a equivalência de um "Nó".


Um "Nó" (ou nodo) é um ponto no qual os terminais de três ou mais componentes são unidos. Os terminais de um componente são considerados condutores ideais. Assim um junção de condutores com  resistência idealmente zero é considerada como sendo um nó para fins de análise de redes.

Um "Ramo" (ou ramal)  pode ser composto por um ou mais componentes, em uma ligação que percorre um caminho entre dois nós (A e B). A corrente que entra para o Ramo a partir do primeiro nó é a mesma que chega ao ao segundo nó, saindo do ramo.

A Topologia de Rede no contexto de circuitos eletrônicos, está relacionada com a Topologia Matemática, em particular, para as redes que contêm apenas componentes de dois terminais, a topologia do circuito pode ser vista como uma aplicação da Teoria dos Grafos.

Numa análise de rede, de um tal circuito, de um ponto de vista topológico, os Nós da rede são os vértices da teoria dos grafos, enquanto que os Ramos da rede são as arestas da teoria dos grafos. A Teoria dos grafos padrão pode ser estendida para lidar com componentes ativos e multiterminais, tais como circuitos integrados, inclusive.

Por fim, uma "Malha" é um grupo de ramos dentro de uma rede unidos de modo a formar um circuito completo, fechado em anel.

Uma Rede de Impedâncias com Dois Terminais (A, B) pode, sempre, ser reduzida a um circuito de uma única impedância equivalente e este é um procedimento muito comum e útil para a Análise de Rede. Dependendo da topologia da rede, tais reduções podem ser procedidas por apenas se aplicar sucessivas reduções para as combinações em série e em paralelo.

Impedâncias em séries:

Z_\mathrm{eq} = Z_1 + Z_2 + \,\cdots\, + Z_n.

Impedâncias em paralelo:

 \frac{1}{Z_\mathrm{eq}} = \frac{1}{Z_1}  +   \frac{1}{Z_2}  + \,\cdots\, +  \frac{1}{Z_n} .


Porém, em geral, nem toda rede de impedâncias com dois terminais com um número arbitrário de nodos pode ser reduzida para o número mínimo de impedâncias utilizando apenas combinações séries e paralelas.



Há casos em aparece a necessidade de se fazer transformações estrela-triangulo (Y-Δ) ou triângulo-estrela (Δ-Y) para se proceder a redução. O exemplo clássico de topologia que exige isso é a ponte de impedâncias em H (ou ponte com carga).

As topologias Y e Δ são importantes na análise de rede linear, não apenas devido a que a transformação entre elas possibilite tais reduções mas, também, por estas serem as topologias mais simples possíveis para redes de três terminais.

Redes em Y e Δ são efetivamente redes de três portas e, portanto, necessitam de três equações simultâneas para especificar completamente a sua equivalência. Estas duas topologias de redes são equivalentes e as transformações entre elas já é disponível desde 1899, quando Arthur E. Kennelly estabeleceu as equações da , transformação Y-Δ para circuitos lineares.


                   Transformação Δ - Y:                Transformação Y - Δ:



Uma coisa importante a ser notada nestas topologias em Δ e em Y, é que a tipologia Δ, por si só, já forma uma malha, enquanto que a Y além de não formar malha, constitui-se de três ramos ligados a um nodo comum.

No alvorecer do século XX o conceito de dualidade, ou seja, o reconhecimento da relação fundamental entre pares, como a tensão-corrente, série-paralelo, malha-nó, CA-CC, Y-Δ, etc, também já era bem conhecido.

O termo "Mesh" (Malha) foi usado pela primeira vez dentro do contexto da "Análise de Malha e Nodal" (Mesh and Nodal Analysis), que trata de descrever duas técnicas (ou métodos) usadas para resolver circuitos planares (circuitos que podem ser desenhados em uma superfície plana sem que os fios precisem se cruzar): o "Método das Correntes de Malha" e o "Método das Correntes de Ramos" (também chamado de "Método da Tensão entre Nodos").

Usando-se um dos dois métodos podemos determinar as correntes (e, indiretamente, as tensões), em qualquer ponto do circuito, sendo principalmente útil quando existem múltiplas fontes no circuito: duas ou mais fontes que podem ser tanto do tipo "fonte de tensão" quanto do tipo "fonte de corrente" que, apesar de serem independentes (1), sobrepõem seus efeitos no funcionamento do circuito.

Ambos os métodos se apoiam nas Leis (de circuito) de Kirchhoff, que foram descritos pela primeira vez em 1845 por Gustav Kirchhoff, como uma generalização da obra de Georg Ohm, e que precedeu ao trabalho de Maxwell. A "Análise de Malha", com o "Método das Correntes de Malha" usa a LTK (Lei das Tensões de Kirchhoff) e a "Analise Nodal", com o "Método das Correntes de Ramos", usa a LCK (Lei das Correntes de Kirchhoff).

Apesar de serem,  convencionalmente, empregadas para analise de circuitos no contexto de C.C. (Corrente Contínua), as Leis de Kirchhoff também podem ser entendidas como corolários das equações de Maxwell no limite de baixa freqüência C.A. (Corrente Alternada), e servem como primeiras aproximações para circuitos de C.A., em geral.

Especificamente a "Análise de Malha" (Mesh Analysis) funciona por se atribuir arbitrariamente correntes de malha nas malhas essenciais (também referido como malhas independentes). Uma malha essencial é um ciclo no circuito que não contém, ternamente, qualquer outro ciclo. Uma corrente de malha é uma corrente que circula em torno da malha essencial e as equações são definidas resolvida em termos delas.

Uma corrente de malha (I1 ou I2) pode não corresponder a qualquer corrente que flui fisicamente (i1, i2, i3), mas, as correntes físicas efetivas são facilmente encontradas a partir delas. É prática habitual ter todas as correntes de malha circuladas no mesmo sentido. Isso ajuda a evitar erros ao escrever as equações. A convenção é para ter todas as círculos das correntes de malha no sentido horário.

Nesta técnica de análise de circuitos, temos de escrever as equações de Lei de tensão Kirchhoff, uma para cada malha, para todas as malhas uma rede de malhas. Isso significa que soma aritmética de todas as parcelas de tensão (fontes de tensão e quedas de tensão) num circuito fechado (uma malha) em que um circuito é, no total, igual a zero. Para tomar as parcelas dessa soma aritmética circulamos a malha toda no mesmo sentido da corrente convencionada e respeitamos as polaridades relativas das correntes e tensões.


Nestas equações, temos alguns termos que são conhecidos mas, ao resolver as equações podemos derivar os termos desconhecidos. Análise de malha é uma das técnicas mais simples e mais fácil de resolver um circuito em rede de malhas

Desde modo, uma Malha (Mesh), nada mais é do que um circuito fechado, que não contém qualquer outro laço de anel dentro dele, de modo que, o Sistemas Meshcon (da Chorus Motors) utiliza, então, os motores polifásicos, com enrolamentos conectando os terminais do inversor um para o outro, e não para o condutor de terra (ou neutro).

O termo "Mesh Connection" (ligação em Malha), no contexto desse sistema polifásico, é uma disposição na qual a extremidade de cada enrolamento de fase está ligado ao início do próximo enrolamento, formando, sempre, um anel, sendo que cada junção de dois enrolamentos é ligada a um terminal de conexão do inversor.

Assim, fica bem claro que se uma máquina for apenas trifásica, a ligação delta de seus enrolamentos é uma ligação em malha em si mesma (forma um Δ fechado), porém, a ligação em estrela não o é (a ligação em Y só apresentará formação de malhas após passarmos a considerar, também, as fontes de alimentação).

Em uma ligação em malha dos enrolamentos, cada extremidade de junção do "anel" (junção de dois enrolamentos) da malha é conectada a uma terminal de fase da fonte de energia elétrica de acionamento (o Inversor Multifásico).

Ao observarmos e avaliarmos as figuras do desenho a seguir, também ficará claro que, para possibilitar a comutação entre os diversos tipos de conexão, pela variação do intervalo (variação do valor de Span), mantendo-se a premissa de sempre formar um anel de malha com a ligação entre os enrolamentos, a quantidade total de enrolamentos de fase da máquina elétrica deve ser sempre ímpar.



Isso que foi descrito nos dois parágrafos anteriores é, essencialmente, topologia física, desenvolvido como um campo de estudo de geometria e teoria dos conjuntos, através da análise de conceitos como dimensão, espaço e transformação, e refere-se ao leiaute de colocação de diversos componentes de uma rede, incluindo a localização dos elementos e a instalação dos condutores de interligação.

No entanto, é justamente isso que torna a topologia do sistema Chorus Meshicon única, consideravelmente diferente da demais "arquiteturas convencionais" de acionamento máquinas multifásicas, que vem sendo estudadas atualmente.

Máquinas Elétrica Multifásica e Acionamento Multi-fases em Pesquisas:


A área de acionamento em velocidade variável de motores multifásicos, em geral e de acionamento em velocidade variável de Motores de Indução Multifásicos, em particular, têm experimentado um crescimento substancial desde a virada do século XXI, pois tem sido considerada uma alternativa importante em contraponto às tecnologias que apresentem a necessidade de utilização de insumos baseados em elementos de terras raras, que tem comercio monopolizado.

As investigações têm sido conduzida em todo o mundo e numerosos desenvolvimentos interessantes têm sido relatadas na literatura, fornecendo uma visão bastante ampla em detalhes do atual estado-da-arte nesta área.

Os aspectos elaborados incluem as vantagens para o uso de máquinas de indução multifásicas, onde a condução multinível é um requisito necessário, os aspectos da modelagem de máquinas de indução multifásicas, o sistemas de controle vetorial básico e os sistemas de controle direto do torque e, finalmente, o controle PWM de fonte de tensão inversoras multifásicas.

As principais vantagens da utilização de inversores multiníveis são: capacidade de fornecer tensão elevada, mesmo com emprego de Dispositivos Semicondutores de Potência de tensão limitada; baixa distorção harmônica; reduzidas perdas de comutação; aumento da eficiência; boa compatibilidade electromagnética.

Os autores tem fornecido resultados de levantamentos, até certo ponto detalhados, das estratégias de controle de acionamento, principalmente, de motores de indução de cinco fases e de motores seis fases (assimétrico), bem como uma visão geral das abordagens para a concepção de estratégias de tolerância a falhas de pós-falha para a operação do acionamento.

Várias estruturas de conversores multiníveis são relatados na literatura e alguns experimentos mostram que o PWM natural ou sinusoidal comum do sistema multifásico resulta em uma melhor solução, tanto do ponto de vista da simplicidade de realização, quanto do valor de perdas de harmônicas.

As variantes topológicas apresentadas baseiam-se em ligações em estrela, independente se a quantidade de fases for ímpar ou par, porém, em geral, predominando nestas pesquisas, sistemas com inversores de cinco pernas para alimentação de motor de cinco fases, ou baseada em acionamento sobre o motor CA trifásico convencional, adaptado ou com dois grupos de enrolamentos trifásicos com terminação em abertos (especificamente motor de 12 pontas), ou ainda, generalizando, acionamento de máquinas de N grupos de enrolamentos trifásicos com terminação em abertos, ligados a 2 x N Inversores (ou N duplo inversores) trifásicos operando como conversor multiníveis, caracterizando ligações m anel.

No primeiro caso podemos ter uma máquina de cinco fases simétricas que pode ser acionada por um circuito de potência em uma Topologia em Cascata de um inversor de 5 Fases e 5 Níveis, como mostrado na figura a seguir.


Alguns experimentos apresentam o inversor em cascata multinível como sendo superior a outros inversores multiníveis em aplicação de potência elevada, devido à sua natureza modular de modulação, e requisitos de controle e de proteção de cada uma das pontes completas inversoras.

Em construção

No segundo caso, em específico, empregando um motor de indução de seis fases simétrico ou assimétrico com estator com configuração de terminais em aberto (motor de 12 pontas), alimentado a partir de quatro inversores de tensão trifásicos de dois níveis padrão (configuração de quadra inversores, figura a seguir). A maquina pode ser de seis fases, de tal forma que exista um deslocamento simétrico de 60º entre os enrolamentos físicos e o ângulo de fase seja de 60º.



Num caso particular de separação de fase, ou de Máquina de Duplo do Estator (dois grupos de enrolamentos de fase), a máquina de seis fases pode ser construída através da divisão de um enrolamento trifásico em dois grupos. Geralmente, esses grupos trifásicos são deslocados por 30º elétricos uns dos outros. Este arranjo compõe uma máquina de de seis fases assimétrico uma vez que a distância angular entre as fases adjacentes não é a mesma.



Topologia do sistema dual trifásico na base de quatro inversores (o primeiro grupo inversor INV1 + INV2 e o segundo grupo inversor INV3 + INV4) que abastecem os enrolamentos de extremidades abertas do motor de indução de seis fases assimétrico, com dois conjuntos de enrolamento espacialmente deslocada por 30º elétricos.



As máquinas de indução de seis fases assimétricas (duplo trifásicas com 30º de deslocamento entre os grupos) são as máquinas multifásicos mais frequentemente consideradas em aplicações industriais. A escolha da máquina de seis fases assimétrica, em vez da simétrica (duplo trifásicas com 60º de deslocamento entre os grupos) é devido a existência de torque causado por harmônica de sexta ordem, que resulta das harmônicas de quinta e sétima ordens da corrente fundamental do estator, em casos com simetria.

Essa mesma máquina, o motor de indução trifásico duplo assimétrico (com 30º de deslocamento) também pode arranjada em uma dupla estrela e ser alimentada a partir de um único linque CC por uma fonte inversora de tensão de 6 fases, como mostrado na figura a seguir:



Esta máquina de seis fases é um sistema contínuo, que pode ser descrito por um conjunto de equações diferenciais. Uma metodologia que simplifica a modelagem é baseado na decomposição de espaço vectorial para transformar o espaço de seis dimensões originais da máquina em três subespaços ortogonais bidimensionais no quadro de referência estacionário (α - β), (x - y) e (Z1 - Z2), por meio de uma matriz de transformação 6 x 6.

Todavia, máquinas com números pares de enrolamentos de fase, independentes do fato de sere os enrolamentos distribuídos de forma simétrica ou não, não irão permitir a comutação entre todos os diversos tipos de conexão pela variação do intervalo (valor de Span), que permita manter a premissa da formação do anel de malha para todas as formas de ligação, o que as tornam inadequadas por não permitirem realizar a comutação entre todas essas diferentes conexões que se comportam como se fossem diferentes relações de engrenagens.

Então, nenhuma dessas topologias corresponde, especificamente, as topologias empregada nos patenteados sistemas Chorus Meshcon, que além de estender grandemente o número de fases, adota ligação sempre em anel e com número de enrolamentos de fase sempre impares, para permitir a comutação entre os diversos tipos de conexão, pela variação do intervalo (variação do valor de Span), permitindo manter o funcionamento da máquina de alta ordem de fase com uma unidade equilibrada.

As diferentes formas de conexões são obtidas comutando-se os intervalos (diferentes valores de Span) reconfigurando o anel da malha e, conseguintemente mudando a relação da corrente do conversor para o enrolamento atual, mudando assim, consequentemente, a curva de Tensão em função da Velocidade (V/Hz) do motor.

Tal comutação, entre as várias possíveis ligações simétricas que seriam adequadas para o funcionamento da máquina de alta ordem de fase com uma unidade equilibrada e, só são possíveis, para todos os casos, se a máquina tiver um número ímpar de enrolamentos de fases.


Ora, assim como acontece em redes de telecomunicação, alguém pode ser proprietário de um protocolo de comunicação específico que é usado em determinada topologia de rede mas, são as topologias lógicas que são obrigadas aos protocolos de rede, descrevendo como os dados são movidos através da rede. Obviamente que ninguém consegue fazer-se proprietário das topologias físicas de redes.

Assim, também, alguém pode ser proprietário de Diferentes Estratégias de Controle Contínuo PWM para Inversores Multifásicos Multiníveis que alimentem motores C.A., como por exemplo, usando alguma solução específica de Portadora Híbrida baseada em Modulação do Espaço Vetorial. Alguém pode, até mesmo, ser proprietário de alguns aparatos e métodos utilizados neste tipo de sistema de acionamento de motores multifásicos, ou ainda, de alguns alguns subsistemas específicos.

Todavia, ninguém pode ser proprietário do "Tipo de Sistema" em si, o "Acionamento  de Máquinas Multifásicas", de modo a não coibir a pesquisa e não impedi-lo de vir a atingir um estado da arte excelente e, isso inclui todas as formas de arranjos de ligações possíveis e de quantos enrolamentos de fase forem a Máquina Elétrica. Números de fase e arranjos conexões de enrolamentos de máquina, sejam baseadas em configurações Δ ou em Y não podem ser considerados patenteáveis no contexto das diferentes propostas de solução para esse tipo de sistema.

Considerações sobre Condição de Falha Devido a Falta de uma das Fases:


Uma consideração importante que deve ser feita ao se optar em manter as ligações sempre em malhas que formem anel, é quanto à Condição de Falha Devido a Falta de uma das Fases. A detecção e identificação correta do enrolamento afetados pelo circuito aberto é importante uma vez que esta determina a ação de controle correta durante a operação de pós falha para manter o sistema em funcionamento e operante de uma maneira aceitável durante a falha.

Podemos olhar para isso sobre uma máquina de indução trifásica conectada em delta, todavia, não obstante, os cenários que serão vistos ai são idênticos aos dos casos de máquinas de alta ordem de fase com enrolamentos de fase conectados em anel.

Numa topologia em estrela, independente se a falha é devida uma das linhas de energia que conecta a tensão de alimentação ao motor que se encontra desligada (devido a um fusível queimado, uma ruptura acidental no cabo que liga a fonte de acionamento ao motor, uma chave semicondutora defeituosa ou falha do circuito de acionamento de porta de uma chave), ou, ainda, se é um dos enrolamentos de fase do estator que está desligado, o cenário é o mesmo.

Assim, o efeito da perda de uma fase uma máquina configurada em estrela pode ser facilmente detectado por meio da observação das correntes de enrolamento, uma vez que a própria corrente de linha, que é também corrente de fase, irá ser igual a zero, devido a falha de falta de fase, independente da causa do defeito.

Já, numa topologia de anel (conexão em delta), os dois casos mencionados apresentam significativas diferenças, por conta de que a corrente de fase não é a mesma corrente de linha e apenas a corrente de linha pode ser diretamente medida, a de fase não.

Então, no primeiro caso de defeitos, uma corrente de fase do motor não será independente das outras duas, portanto, perdendo dois graus de liberdade, e a máquina irá funcionar como uma máquina monofásica.

Por sua vez, no segundo caso de defeitos, a máquina trifásica delta-conectada é executada como uma máquina de duas fases (linhas de saída V e W do inversor na figura, 2º caso), isto é, em um modo "delta-aberto", fornecido pelo um inversor trifásico, que agora tem a sua linha de saída U como uma ligação para o ponto médio do motor, como mostrado na figura a seguir.

Operação continuará mesmo com uma fase em falta, enquanto existe um caminho para a corrente de sequência nula. Esta topologia utiliza o grau um liberdade adicional, inerente, proporcionado num estator delta-aberto-conectado. Neste caso, as correntes nas duas fases ativas restantes podem ser controladas de forma independente.

Deve-se destacar que a técnica de tratamento da condição de falha de fase requerida aqui deve aumentar a capacidade de sobrevivência do sistema motor-acionamento em caso de falha no enrolamento, presumindo-se que o enrolamento do estator tem uma bobina aberta (enrolamento aberto), devido à ruptura de enrolamento.



A origem deste tipo de defeitos é causada principalmente por excessivas vibrações mecânicas que podem produzir desconexão na região de virada na extremidade em forma de U de uma bobina.

Outra possibilidade é a de que o enrolamento do estator tenha sofrido uma falha de curto-circuito entre espiras que pode acabar rompendo a bobina ou, curto circuito em apenas algumas poucas espiras e cuja ocorrência que tenha tenha sido detectado por um sistema de proteção interno a máquina, que isolou aquela fase.

Em tais aplicações, é imperativo desenvolver adequadamente os enrolamentos do motor, em  replicação ao problema apresentado, para ser capaz de manter o motor sob falha em serviço sob um certo modo de operação, sem comprometer a segurança da instalação eléctrica e proibir propagação de falhas para outras bobinas nos enrolamentos.

A tolerância a falhas em sistemas de tração CA é um item fundamental em aplicações de alta tensão / alta corrente, em que os motores de indução operam continuamente em condições dinâmicas, requerendo ciclos de partida e parada com variações de rápida velocidade rápida e os acionamentos são regularmente sujeitos a abusos de surtos de sobre-corrente e de sobre e sub-tensão sobre-balanços, a disponibilidade e confiabilidade de performances são obrigatórios.

Aumentar mais e mais o número de fase torna-se fator mais predominante para se ter um grau de liberdade adicional pois, motores de indução multifásicos, devido à sua estrutura redundante apresentam maior confiabilidade com melhores recursos naturais à tolerância a falha por falta de fase. A redundância de estados de comutação proporciona flexibilidade em sistemas multiníveis e pode ser utilizada para alcançar alguns objetivos de controle.

A redundância é referida como a capacidade dos conversores de potência em produzir as mesmas tensões de saída com diferentes estados de comutação. Dois tipos de redundância são possíveis: a Redundância Por Fase e a Redundância de Fase Conjunta.

A Redundância de Fase Conjunta está presente em conversores sem condutor neutro e não depende da topologia do conversor. Baseia-se no fato de que diversas combinações diferentes de tensão entre linha e terra fornecem a mesma de tensão entre linha e linha. A Redundância de Fase Conjunta tem sido estudada em profundidade e é bem conhecida na conversores trifásicos.

A Redundância Por Fase refere-se à certas topologias de conversores que têm estados de comutação redundantes dentro de cada fase de modo que várias combinações de comutação das chaves levam à mesma tensão entre linha e terra. Redundância por fase pode ser usada ou combinado com redundância de fase de conjunta em conversores multinível para alcançar determinados objetivos de controle, tais como balanceamento da tensão dos capacitores, controle de corrente das fontes CC, balanceamento de perdas nos interruptores de potência e aumento da tolerância a falhas.

No entanto, também o funcionamento de um acionamento multifásico sob uma condição de falta na fase de circuito aberto, a qual pode ocorrer em apenas uma ou mais fases simultaneamente, requer que uma adequada estratégia extra de controle tolerante a falhas seja desenvolvida.

A análise matemática é baseada na representação do espaço vetorial do sistema multifásico e deve ser válida para quaisquer condições de estado de operação, transitório ou estacionário. A viabilidade do acionamento deve verificada por meio de ensaios experimentais realizados num sistema protótipo contendo um motor de indução polifásico de, pelo menos, cinco fases.

Os desenvolvimentos recentes na área de acionamentos de velocidade variável multifásico , iniciado predominantemente por aplicações potenciais em propulsão elétrica de navios, motor elétrico para taxiamento de aeronaves, tração de locomotivas, veículos elétricos e híbridos-elétricos, e outras aplicações de alta potência industrial, tem levado a um correspondente desenvolvimento de esquemas de modulação por largura de pulso (PWM) para inversores multifásicos utilizados nestas acionamentos.

Tecnologia de conversor multiníveis é baseada na síntese de uma forma de onda de tensão a partir de vários níveis de tensão de CC. Conforme aumenta o número de níveis, a tensão sintetizada de de saída fica mais compassada, resultando numa forma de onda que se aproxima da de referência com mais precisão.

A Questão do Sistema de Patentes:


De acordo com Michele Boldrin e David Levine,  dois economistas do FED, o banco central dos Estados Unidos e autores do livro Against Intellectual Monopoly (Contra o Monopólio Intelectual), publicado em 2008 e que põe em questão o valor social não só das patentes, mas também dos direitos de propriedade intelectual como o copyright de músicas e filmes, "não existe evidência empírica de que as patentes sirvam para aumentar a inovação ou a produtividade, a menos que se identifique produtividade com o número de patentes concedidas".

Segundo Boldrin e Levine, o sistema de patentes deveria ser abolido, porque sufoca a inovação, e a vantagem de chegar primeiro ao mercado com uma nova tecnologia já é suficiente para garantir ao inventor o retorno de seu investimento. Isto foi proposto no artigo de autoria deles publicado na edição de inverno de 2013 do periódico Journal of Economic Perspectives.

Entre as sugestões apresentadas no final do artigo, está a de reduzir o tempo de validade das patentes paulatinamente; caso a redução prejudique a inovação, o processo pode ser revertido. Também se propõe que "pare a maré crescente" de itens considerados patenteáveis, e que a legislação antitruste passe a limitar as patentes de setores onde elas estejam atrapalhando a inovação.

Parece algo inacreditável, surreal mesmo mas, a empresas como Monsanto e outras empresas de biotecnologia, sedentas por lucro encontraram uma maneira de ter controle exclusivo sobre as sementes da vida, a fonte dos nossos alimentos. A Companhia Monsanto, que atua inclusive no Brasil. é uma indústria multinacional de agricultura e biotecnologia. Situada nos Estados Unidos, é hoje, em sua maior parte, francesa.

Eles descobriram falhas na legislação Europeia que lhes permitem se arvorar do direito exclusivo sobre sementes convencionais e estão tentando adquirir patentes sobre as variações dos vegetais e frutas usados em nosso dia-a-dia, como pepinos, brócolis e melões e, na prática, buscando forçar os produtores rurais a indenizá-los pelo uso dessas sementes e ameaçando-os com processos judiciais se assim não o fizerem.

A história de Neodímio: 


Como é que neodímio veio a ser? Isto é: por que este metal de terra rara veio a ser o ingrediente crucial na ímãs alta energia a partir do final do século 20? Parece uma pergunta esotérica, mas que detém grande importância para o futuro da tecnologia de motor, que é por causa de neodímio à base de ímãs permanentes (MPs) estão no centro dos motores de hoje mais de torque. A partir dos motores de tração que dirigem automóveis híbridos para motores marítimos para o transporte, neodímio parece permitir motores de alta potência em todos os lugares.


EM CONSTRUÇÃO ...


Notas:



  1. Na prática, fontes reais podem não se permitir operar como independentes, notadamente no caso de fontes de tensão / corrente de saída ajustáveis. Em geral isso ocorre por uma deficiência ou falta de previsão de tal aplicação quando foi elaborado o projeto das mesmas.


5 comentários:

  1. Qual o método que você usa para obter a matriz de transformação? Estou trabalhando na modelagem de uma máquina hexafásica.

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    1. Olá, Elves. Obrigado por comentar. Esta máquina de seis fases é um sistema contínuo, que pode ser descrito por um conjunto de equações diferenciais. Uma metodologia que simplifica a modelagem é baseado na decomposição de espaço vectorial para transformar o espaço de seis dimensões originais da máquina em três subespaços ortogonais bidimensionais no quadro de referência estacionário (α - β), (x - y) e (Z1 - Z2), por meio de uma matriz de transformação 6 x 6 (veja a matriz no corpo do artigo, duas figuras acima).

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    2. Alguns linques de referência para o assunto de como transformar as equações diferenciais em matriz:

      1- http://www.cricte2004.eletrica.ufpr.br/anais/cba/2012/Artigos/99609.pdf

      2- https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiDhaj6ldzSAhUCgJAKHZzzCb4QFgglMAE&url=http%3A%2F%2Fhome.engineering.iastate.edu%2F~jdm%2Fwind%2FdqTransformation.ppt&usg=AFQjCNHctNPxYDGPRw7M9O1ffIls6O_hqQ&sig2=n4oE7nURML7k7DmW_suRRw&bvm=bv.150120842,bs.2,d.Y2I

      3- http://waset.org/publications/5004/model-of-controled-six-phase-induction-motor

      4- http://users.encs.concordia.ca/~pillay/56.pdf

      5- https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-685-electric-machines-fall-2013/course-notes/MIT6_685F13_chapter9.pdf

      6- http://www.ee.ktu.lt/journal/2011/05/26__ISSN_1392-1215_Model%20of%20Multiphase%20Induction%20Motor.pdf

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  2. Obrigado pelas informações, serão bastante úteis.
    Felizmemente consegui obter a matriz de transformação por decomposição vetorial.

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    1. Obrigado por comentar, Elves. Fico contente pelo seu interesse e por você ter conseguido atingir o seu objetivo. Como complemento, peço minhas sinceras desculpas por eu ter conseguido ajudar mais. Abraço.

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Este trabalho de André Luis Lenz, foi licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição - NãoComercial - CompartilhaIgual 3.0 Não Adaptada.