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

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.

Desenvolvimento de um modelo do sistema de propulsão

Motor Elétrico Principal

Características: 2 Motores de indução (assíncronos) de 20 MW Corrente Alternada, 6 pares de pólos, 15 fases Torque máximo: 1.061 MNm Rotação máxima: 180 rpm

Algoritmo usando transformação dq: Input: Voltagem no estator: vsd e vsq Impedância no estator: xs Impedância no rotor: xr Reatância mútua: xsr Velocidade do eixo: N Torque de carga: T Output: Correntes no estator: isd and isq Correntes no rotor: ird and irq Torque eletromagnético: Te

Cálculo do torque: onde: P = par de pólos = constante ωb = velocidade requerida = constante xm = reatância mútua = constante ids and iqs = correntes no estator na referência dq i’dr and i’qr = correntes no rotor referentes ao estator na referência dq

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]

Cálculo de torque: Te = [I]T[G] [I] onde: [I] = [is1 is2 is3 … is15 ir1 ir2 ir3 … ir15]T; ; Grr = [0]; Gss = [0]; Grs = [Gsr]T and

Conversor Modulador de Largura de Pulso

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.

Conversor MLP de 15 fases

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

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

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

Falha usando Controle por Campo Orientado:

Falha usando Controle Direto de Torque e Fluxo:

Cenários operacionais: Velocidade constante

Cenários operacionais: Parada em emergência

Cenários operacionais: Falha em uma fase do motor

Cálculo do incremento de temperatura:

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.

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