Controlo de um motor síncrono de relutância sem sensor de posição

Abstract

O capítulo 1 serve de introdução demonstrando a aplicação de acionamentos a velocidade variável, apresentando o motor síncrono de relutância como uma forte alternativa aos motores atualmente utilizados em aplicações industriais e de tração. São listadas as diversas vantagens de se optar por um acionamento sem sensor de posição. O capítulo 2 começa por apresentar os vários algoritmos existentes para estimar a posição e velocidade angular do rotor, listando os seus pontos fortes e as suas limitações. Em seguida apresenta-se a definição das coordenadas utilizadas e o modelo matemático do SynRM que tem como objetivo enquadrar o leitor e proporcionar uma melhor compreensão dos algoritmos apresentados posteriormente. Em seguida são descritos pormenorizadamente os algoritmos mais presentes na literatura para estimação da posição e velocidade angular do rotor em motores síncronos de relutância. São também listadas as limitações de cada método, principalmente no que diz respeito à gama de velocidade da máquina em que cada um pode operar, nas variáveis utilizadas e na possível interferência com o funcionamento normal do motor. No capítulo 3 é apresentada a estratégia de controlo selecionada e a exposição das suas vantagens. É também abordada a escolha dos estimadores a implementar neste trabalho. É feito um estudo das limitações introduzidas pelos estimadores no acionamento e as soluções para resolver essas limitações são apresentadas. Explica-se detalhadamente o projeto e a sintonização das malhas de controlo. Por fim é apresentado um diagrama geral do acionamento sem sensor de posição implementado de forma a dar ao leitor uma visão geral do mesmo. No capítulo 4 são apresentados alguns resultados relativos à simulação onde é comparado o desempenho dos estimadores com duas estratégias distintas. São elaboradas conclusões acerca da estratégia mais adequada para um acionamento sem sensor de posição e é apresentado um resultado com esta estratégia validando os algoritmos desenvolvidos para a implementação experimental. No capítulo 5 é feita uma breve descrição da constituição do acionamento, e são apresentados alguns resultados experimentais obtidos em diferentes regimes de carga e velocidade. É ainda feita uma comparação do sistema a funcionar com e sem sensor de posição e ensaios para avaliar o rendimento do motor. O capítulo 6 contém as principais conclusões retiradas da realização deste trabalho e apresenta sugestões de trabalho futuro.

Chapter 1 serves as an introduction explaining the application of variable speed drives, presenting the Synchronous reluctance motor as a strong alternative for the motors used nowadays in industrial and traction applications. Then the advantages and the motivation for using an encoderless drive are presented. Chapter 2 starts by presenting a review on algorithms for estimation of the angular speed and rotor position, listing the main advantages and drawbacks of each category of algorithms. With the objective to help the reader in the comprehension of the algorithm presented the coordinates used along the work and the SynRM mathematical model with it’s main equations are presented. Then, some of the algorithms more present in the literature are described being also listed the main advantages and drawbacks of each one. Finally, hybrid strategies to combine two algorithms of different categories are presented and discussed. In chapter 3 it is presented the control strategy chosen, as well as the justification for its choice. It is also presented the justifications for the algorithms choice that were implemented in this work. Then, all the processes used to build and tune the control system are described. At last, the main diagram of the control system is presented in order to provide the reader with a big picture of it. In chapter 4, some simulation results are presented where the performance of the angular speed and position estimators is compared with two different strategies, thus explaining the main reason that lead to the use of the implemented control strategy. Results using this strategy along with the algorithms developed are then shown proving that it works and that it is able to be used in the practical implementation. In chapter 5 a brief description of the experimental setup is made. Then, experimental results for different load and speed conditions are shown. Some comparisons between the system working with and without encoder are made, identical results are obtained, thus validating the encoderless control strategy implemented. Chapter 6 contains the main conclusions achieved with this work as well as future work suggestions.