Tolerância a Falhas em Motores de Relutância Variável Comutados

Abstract

A tolerância a falhas, em acionamentos elétricos, constitui uma característica de extrema relevância porque permite manter a máquina elétrica em funcionamento, apesar da ocorrência de uma avaria. O conversor de potência tem merecido uma atenção acrescida por ser o elemento do acionamento de maior vulnerabilidade. O presente trabalho centra-se essencialmente na tolerância a falhas em motores de relutância variável comutados (MRVC), dando-se ênfase às avarias de circuito aberto e de curto-circuito nos interruptores de potência, por serem o tipo de avarias mais comum. Neste contexto, são apresentados dois novos métodos de diagnóstico de avarias distintos, a serem utilizados em diferentes condições de controlo da excitação das fases, considerando-se as hipóteses de controlo em malha aberta e em malha fechada, procurando-se não somente detetar a avaria como também localizá-la e, sempre que possível, identificar o elemento em avaria. Os métodos de diagnóstico de avarias desenvolvidos destacam-se dos métodos de diagnóstico propostos na literatura porque atuam de modo independente das condições de funcionamento e também porque não utilizam informação dada por sensores de tensão. As soluções desenvolvidas procuraram não aumentar de forma significativa nem a complexidade nem o custo do sistema, pelo que os métodos propostos baseiam-se maioritariamente nas variáveis usadas pelo controlador principal. Com o objetivo de manter todas as fases da máquina em funcionamento, após a ocorrência de uma avaria de circuito-aberto, apresenta-se um conversor de potência tolerante a falhas que, ao contrário dos conversores tolerantes propostos na literatura, não assenta na redundância de elementos de potência e baseia-se no conversor assimétrico de meia ponte, comummente utilizado em acionamentos baseados em MRVC. A reconfiguração da topologia do conversor, numa situação pós-falha, não implica a alteração do conversor original, sendo apenas necessário proceder-se a uma ligação apropriada, externa ao conversor assimétrico de meia ponte. Por fim, são sugeridas alterações na estratégia de controlo, numa situação de pós-falha quando se adota o conversor tolerante a falhas proposto, que visam a melhoria do desempenho da máquina mitigando os efeitos causados pela avaria. Numa fase inicial da dissertação apresentam-se os conceitos mais relevantes no que diz respeito às características de funcionamento de um acionamento baseado num MRVC, de modo a fundamentar os estudos e as análises teóricas realizadas. A análise apresentada do comportamento dinâmico do MRVC em situações de funcionamento normal e em avaria serviu de base de estudo preponderante no desenvolvimento de soluções de diagnóstico de avarias assim como de estratégias de controlo tolerante a falhas. Esta análise é sustentada em resultados de simulação sendo complementada com resultados experimentais. A validação dos métodos de diagnóstico de avarias desenvolvidos assim como a aferição da pertinência do conversor tolerante a falhas proposto e das estratégias de controlo tolerantes sugeridas é estabelecida através de resultados obtidos quer por simulação computacional quer por ensaios experimentais.