1. Resistência do Limitador medida
2. Modelando uma resistência variável no Simulink
3. Autor
3.1. Flavio Barcelos Braz da Silva
4. Banca Examinadora:
4.1. Dr. Carlos Alberto Baldan
4.2. Dr. Marcio Almeida Có
4.3. Dr. Marcos Tadeu D. Orlando
4.4. Dr. Lucas Frizera Encarnação
5. Orientadores
5.1. ORIENTADORA: Drª. Jussara Farias Fardin
5.2. COORIENTADOR: Dr. Domingos S. L. Simonetti
6. Sumário:
6.1. 1 - Supercondutividade
6.1.1. Dr. Heike Kammerling Onnes (1853-1926)
6.1.2. O gráfico original feito pelo Dr. Onnes mostrando a variação da resistência em função da temperatura de uma amostra de Hg.
6.1.3. Aspectos de destaque:
6.1.3.1. Prêmios Nobel
6.1.3.1.1. 1913 - Descoberta
6.1.3.1.2. 1972 - Teoria BCS
6.1.3.1.3. 1973 - Tunelamento de elétrons em supercondutores
6.1.3.1.4. 1987 - Supercondutividade HTC
6.1.3.1.5. 2003 - Contribuições na Teoria Supercondutores tipo II
6.1.3.2. Conceitos Fundamentais:
6.1.3.2.1. Resistência nula
6.1.3.2.2. Efeito Meissner
6.1.3.2.3. Parâmetros Críticos
6.1.3.2.4. Tipos:
6.1.3.2.5. Classificação
6.1.3.3. Aplicações
6.1.3.3.1. Mecânicas
6.1.3.3.2. Elétricas
6.2. 2 - Limitadores de Corrente Supercondutores
6.2.1. Princípio de funcionamento
6.2.2. Princípio de funcionamento
6.2.3. Transição para o estado normal ocorre devido a elevada corrente de curto-circuito.
6.2.4. Projeto ECCOFLOW: (a) Mallorca-ES (b) Kosice-SK
6.3. 3 - Partida de MIT
6.3.1. Problema: Pico de corrente elevado durante a partida
6.3.2. Circuito Equivalente do MIT
6.3.3. Características:
6.3.3.1. A frequência fundamental da corrente de partida é a da rede;
6.3.3.2. O valor do pico inicial de corrente é função das características construtivas do MIT;
6.3.3.3. O valor do pico inicial de corrente não é dependente da inércia da carga mecânica acoplada ao eixo;
6.3.3.4. O nº de ciclos da corrente de partida depende da inércia da carga mecânica ligada ao eixo;
6.3.4. Filosofias de partida de MIT:
6.3.4.1. Aplicação de tensão e frequência nominais (partida direta);
6.3.4.2. Aplicação de tensão e frequência variáveis (inversores de frequência);
6.3.4.3. Aplicação de tensão reduzida sob frequência nominal (O foco desta Tese);
6.3.4.3.1. Impedância Série
6.3.4.3.2. Estrela-triângulo
6.3.4.3.3. Chave Compensadora
6.3.4.3.4. Soft-Starter
6.3.4.3.5. Limitador de Corrente de Partida de MIT utilizando Supercondutor
6.4. 4 - O limitador de corrente de partida de MIT utilizando supercondutor
6.4.1. Princípio de Funcionamento
6.4.2. Supercondutor utilizado = Fita 2G de YBCO-CC
6.4.2.1. Compacta
6.4.2.2. Melhor troca de calor
6.4.2.3. Estabilidade térmica
6.4.2.4. Flexibilidade de montagem
6.4.2.5. Resistência de estado normal elevada
6.4.2.6. Rápida transição de estado
6.4.2.7. Alta densidade de corrente crítica
6.4.3. Tipo de limitador = Resistivo
6.4.3.1. Simplicidade
6.4.3.2. Robustez
6.4.3.3. Leve
6.4.3.4. Compacto
6.4.4. Metodologia
6.4.4.1. Impedância do limitador
6.4.4.2. Campo elétrico máximo
6.4.4.3. Área de fita necessária
6.4.4.4. Máxima energia dissipada
6.4.5. Projeto
6.4.5.1. Especificações
6.4.5.1.1. Comprimento mínimo de Fita
6.4.5.1.2. Reatores Shunt de núcleo de ar
6.5. 5 - Simulações
6.5.1. Modelo
6.5.1.1. Diagrama de blocos Simulink
6.5.1.2. Resistência do Limitador
6.5.2. Resultados
6.5.2.1. Soft-starter simulado
6.5.2.2. Limitador Supercondutor simulado
6.5.2.3. THD
6.5.2.4. Comparação do Torque durante a partida
6.5.2.4.1. Direta
6.5.2.4.2. Soft-starter
6.5.2.4.3. Limitador Supercondutor
6.6. 6 - Avaliação experimental
6.6.1. Construção do protótipo
6.6.1.1. Carretel de fibra de vidro
6.6.1.2. Resistor de proteção
6.6.1.3. Montagem da fita no carretel
6.6.1.4. Blocos de cobre
6.6.2. Teste de primeiro protótipo
6.6.2.1. Limitação de corrente
6.6.3. Ensaios de limitação de corrente de MIT
6.6.3.1. Partida a vazio
6.6.3.1.1. Teste realizado com o limitador em apenas uma das fases do MIT
6.6.3.1.2. Limitação de corrente de partida a vazio (Redução de 44%)
6.6.3.2. Partida com carga
6.6.3.2.1. Limitador trifásico.
6.6.3.2.2. MIT 55 kW (75 cv)
6.6.3.2.3. Torque de 20% do nominal = 29,63 N.m
6.6.3.2.4. Resultado de limitação de corrente carga MIT 75cv (35% 1º pico e 56% no restante)
6.6.3.3. Recuperação do estado supercondutor
6.6.3.3.1. MIT 37 kW (50 cv)
6.6.3.3.2. 20% do Torque nominal = 19,79 N.m
6.6.3.3.3. Limitação de corrente (Redução de 29% 1º pico e 22% no restante)
6.6.3.3.4. Tensão no Limitador Supercondutor
6.6.3.4. Distorção harmônica
6.6.3.4.1. Comparação do THD (a) Soft-starter (b) Limitador Supercondutor
6.6.3.5. Vídeo
6.7. 7 - Comportamento do limitador de corrente de partida durante uma falta
6.7.1. Exemplo
6.7.2. Resultados de Simulação:
6.7.2.1. fass=1 (Redução de 10,8%)
6.7.2.2. fass=sqrt(3) (Redução de 6,8%)
6.7.2.3. Na prática o resultado será um valor intermediário das 2 situações.
6.8. 8 - Conclusões
6.8.1. Principais contribuições
6.8.1.1. Novo método de partida de MIT
6.8.1.2. Redução da contribuição do MIT para a corrente curto-circuito de uma instalação elétrica.
6.8.2. Difusão do conhecimento:
6.8.2.1. Publicações em congressos:
6.8.2.1.1. • Apresentação do trabalho “Starting Current Limitation Method Using HTS Superconductor for Induction Motors” durante a 4th ICSM International Conference on Superconductivity end Magnetism realizado em Antalya, Turquia, entre os dias 27 de abril a 02 de maio de 2014. • Apresentação do trabalho “Estudo do Comportamento de um Limitador Supercondutor HTSC Resistivo na Partida de Motor de Indução e Durante uma Falta” durante a 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications (INDUSCON), realizado em São Paulo-SP, Brasil, entre os dias 8 a 10 de novembro de 2010. • Apresentação do trabalho “Limitador de Corrente de Partida de MIT Utilizando Supercondutor HTSC Resistivo” no XVIII Congresso Brasileiro de Automática – CBA, realizado em Bonito-MS, Brasil, entre 12 e 16 de setembro de 2010.
6.8.2.2. Publicações em periódicos:
6.8.2.2.1. • Artigo “A novel induction motor starting method using superconduction” publicado na resvista Physica C: Superconductivity and its applications, p.p.95-102, pela editora Elsevier em 31 de outubro de 2014; • Artigo “Starting Current Limitation Method Using HTS for Induction Motors” publicado na revista Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, pela editora Springer em 14 de outubro de 2014.
6.8.3. Propostas de continuação da pesquisa
6.8.3.1. Avaliação das perdas envolvidas na operação do limitador de corrente supercondutor
6.8.3.2. Refinar o modelo utilizado
6.8.3.3. Otimizar o valor da impedância shunt
6.8.3.4. Avaliação do método do ponto de vista de eficiência energética
6.8.3.5. Estudo da recuperação do estado supercondutor, tempos envolvidos, gradientes de temperatura no limitador supercondutor.
6.8.3.6. Análise dos campos magnéticos gerados pelo limitador
6.8.4. Conclusões finais
6.8.4.1. Vantagens:
6.8.4.1.1. • Dispensa mecanismos de controle e de sensoriamento para inserir/retirar a impedância série; • Não apresenta picos ou variações abruptas de corrente como, por exemplo, a chave estrela-triângulo, a chave compensadora e a impedância série; • O método proposto fornece ao motor um torque superior durante a partida, quando comparado ao soft-starter; • Apresenta menor distorção na forma de onda da corrente quando comparado ao soft-starter; • Reduz a corrente de curto-circuito da instalação elétrica.
6.8.4.2. Desvantagens:
6.8.4.2.1. • Alto custo de fabricação; • Alto custo de operação, devido à necessidade de criostato para a refrigeração do supercondutor; • A viabilidade econômica do método torna-o restrito a plantas industriais que possuam abundância de Nitrogênio líquido disponível; • Ao contrário do soft-starter, o limitador supercondutor de partida dissipa potência durante o seu funcionamento no estado resistivo.
6.8.4.3. Diante de tudo o que foi exposto até aqui, pode-se concluir que esta Tese alcançou os objetivos estabelecidos, com importantes contribuições no tema.