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PROPULSÃO ELÉTRICA INTEGRADA Análise do Projeto dos Destroyers Classe Daring CC(EN) César Leal Ferreira Engenheiro Naval, PhD.

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1 PROPULSÃO ELÉTRICA INTEGRADA Análise do Projeto dos Destroyers Classe Daring CC(EN) César Leal Ferreira Engenheiro Naval, PhD

2 Principais benefícios: ·Baixo custo de vida útil em virtude de: - Menores gastos com manutenção e operação; - Maior confiabilidade da planta; e - Impacto da flexibilidade de arranjo no custo. ·Modularidade, que facilita reconfiguração e redundância dos sistemas ·Redução da assinatura acústica ·Facilidade para aceitar futuras modernizações: - Novos sistemas de armas; e - “Upgrades” da propulsão.

3 Desenvolvimento de um modelo do sistema de propulsão

4 Motor Elétrico Principal

5 Características: 2 Motores de indução (assíncronos) de 20 MW Corrente Alternada, 6 pares de pólos, 15 fases Torque máximo: MNm Rotação máxima: 180 rpm

6 Algoritmo usando transformação dq: Input: –Voltagem no estator:v sd e v sq –Impedância no estator:x s –Impedância no rotor: x r –Reatância mútua: x sr –Velocidade do eixo:N –Torque de carga: T Output : –Correntes no estator: i sd and i sq –Correntes no rotor:i rd and i rq –Velocidade do eixo:N –Torque eletromagnético: Te

7 Cálculo do torque: onde: P = par de pólos = constante ω b = velocidade requerida = constante x m = reatância mútua = constante i ds and i qs = correntes no estator na referência dq i’ dr and i’ qr = correntes no rotor referentes ao estator na referência dq

8 Algoritmo usando matriz 15x15: Input: –Voltagem no estator: Vs [15x1] –Impedância no estator:Xs [15x15] –Impedância no rotor: Xr [15x15] –Reatância mútua: Xsr [15x15] –Velocidade do eixo: N [1x1] –Torque de carga: T [1x1] Output : –Correntes no estator: Is [15x1] –Correntes no rotor:Ir [15x1] –Velocidade do eixo:N [1x1] –Torque eletromagnético Te [1x1]

9 Cálculo de torque: Te = [I] T [G] [I] onde: [I] = [i s1 i s2 i s3 … i s15 i r1 i r2 i r3 … i r15 ] T ; ; G rr = [0]; G ss = [0]; G rs = [G sr ] T and

10 Conversor Modulador de Largura de Pulso

11 Composição de cada canal: Um retificador de seis pulsos, com quarto thyristors em cada perna; Um “link” de corrente contínua, composto de indutores e capacitores; Um inversor, composto de cinco pontes tipo H com cinco IGBT em cada perna da ponte; e Resistência dinâmica de frenagem.

12 Conversor MLP de 15 fases

13 Características: Entrada: 4160 V, 1100 A, 60 Hz Retificador: 5600 V, 1410 A, CC

14 Os métodos de controle podem ser: 1) Controle Escalar 2) Controle por Campo-orientado 3) Controle Direto de Torque e Fluxo Sistema de Controle

15 O navio deve poder operar nas mais adversas condições de mar e de tempo O perfil operacional eventualmente exige grandes variações de velocidade O pessoal a bordo é reduzido ao mínimo necessário para operação, restringindo assim a disponibilidade de pessoal para manutenção Os cenários de batalha são caóticos e exigem ao máximo os sistemas do navio POR ESTAS RAZÕES OS REQUISITOS DE ROBUSTEZ E TOLERÂNCIA A FALHAS SÃO PREPONDERANTES

16 Falha usando Controle por Campo Orientado:

17 Falha usando Controle Direto de Torque e Fluxo:

18 Cenários operacionais: Velocidade constante

19 Cenários operacionais: Parada em emergência

20 Cenários operacionais: Falha em uma fase do motor

21 Cálculo do incremento de temperatura:

22 Conclusões – prováveis problemas: O torque gerado pelo motor de indução apresenta “micro-oscilações” em todas as faixas de operação A magnitude destas oscilações é diretamente proporcional ao torque de carga Existem meios de minimizar estas oscilações, de forma que se tornem desprezíveis: filtragem de harmônicas e sistema de controle avançado A falha de uma fase do motor de indução causará desequilíbrio nas correntes do estator, o que provocará incremento na taxa de aumento de temperatura.

23 Início da construção: AGO 03 Lançamento: FEV 06 Início das provas de mar: JUL 07


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