IPM L-Series Application Note

   Notas de aplicação para a correta instalação dos IPM da série L


   IPM L-Series Application Note

Projeto de barramento CC para o IPM - Banco de capacitores

Projeto de barramento CC para o IPM

Banco de capacitores

   A caixa hidráulica do Vectra não permite a frenagem regenerativa.
   Não permite nem a frenagem dinâmica sob a massa do veículo.
   Isso se deve pelas características dos componentes que fazem parte da caxa hidráulica.
   Um deles é o conversor de torque.
   O conversor de torque é composto de paletas que giram dentro de um tanque de óleo e estão acopladas diretamente ao eixo do motor. Ao girar, o movimento do óleo expelido pelas paletas da bomba impulsiona a turbina.
   A turbina é que está conectada as engrenagens planetárias e fisicamente as rodas.
   De modo que o movimento das rodas NÃO É transmitido ao eixo do motor.
   Portanto não se deve usar a massa do veículo para se calcular a energia cinética do rotor.
   No máximo apenas o momento de inércia da bomba hidráulica da caixa deve ser levada em consideração
   Nó cálculo da energia produzida pela regeneração do motor, deve-se levar em consideração que o momento de inércia da caixa é o mesmo de uma bomba hidráulica.
  (Na verdade o motor gira duas bombas hidráulicas: uma bomba de engrenagem e a outra é a bomba do conversor de torque - paletas).

   Levando em consideração que a massa do veículo não participa do cálculo do momento de inércia.
   O cálculo da energia fica mais simples pois devemos calcular levando em consideração apenas o momento de inércia do rotor e as bombas hidráulicas da caixa.

   Como não tenho informações do momento de inércia da caixa, vou desconsiderar momentaneamente estas informações e projetar um barramento apenas para a energia cinética produzida pelo rotor para a rotação de 240Hz e 400v de barramento.
   Após o acoplamento do motor na caixa, efetuo uma medida aproximada para se encontrar o momento de inércia da caixa.

CÁLCULO DA ESTIMATIVA DO MOMENTO DE INÉRCIA

   Vou usar como base este trabalho aqui:
   Estimativa do momento de inércia

CÁLCULO DA ENERGIA CINÉTICA DO MOTOR

   O cálculo da energia cinética é feito exatamente como deste post:
  energia-cinética-produzida-num-motor-de 7,7kW - 10CV


   O cálculo será feito para 240Hz pois será a maior freqüência e energia alcançada neste projeto.
 
   O momento de inércia do motor de 15kW é: J = 0,0457(kg.m2)

   Escrevendo novamente a equação da energia cinética rotacional:

   A energia cinética é diretamente proporcional a rotação do motor.
   Vamos calcular a energia cinética do rotor para 240Hz:

KE60Hz_15kW = 811 Joules

KE120Hz_15kW = 3.244 Joules 

KE240Hz_15kW = 13.000 Joules

E a capacitância do banco de capacitores do barramento de 400v é dada por:

C60Hz_15kW = 10.137 uF

C120Hz_15kW = 40.550 uF

C240Hz_15kW = 162.500 uF

Vamos ao mercado livre:

 4700-uf-x-450-v-usado => R$ 29,00

2 x R$ 29,00 = R$ 58,00

Total =  2 x 4700uF = 9400uF

Suficiente para: 

C60Hz_15kW = 10.137 uF

R$ 58,00

 3300-uf-x-430-volts => R$ 30,00

8 x R$ 30,00 = R$ 240,00

Total = 8 x 3300uF = 26.400uF

Total geral = 9.400uF + 26.400uF = 35.800uF

Suficiente para: 

C60Hz_15kW = 10.137 uF 

C120Hz_15kW = 40.550 uF

R$ 298,00

4400-uf-x-400v-usado R$ 45,00

2 x R$ 45,00 = R$ 90,00

Total = 2 x 4400uF = 8.800uF
Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF = 44.600uF

R$ 388,00

3300uf-x-400-vdc-usado R$ 30,00

6 x R$ 30,00 = R$ 180,00

Total = 6 x 3300uF = 19.800uF
Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF + 19.800uF = 64.400uF
R$ 568,00

6800uf-x-400-vdc-usado R$ 35,00

4 x R$ 35 = R$ 140,00

Total = 4 x 6800uF = 27.200uF
Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF + 19.800uF + 27.200uF = 91.600uF
R$ 708,00

3400uf-x-400v-nippon-usado R$ 35,00

2 x R$ 35,00 = R$ 70,00

Total = 2 x 3400uF = 6.800uF

Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF + 19.800uF + 27.200uF + 6.800uF = 98.400uF

R$ 778,00

5600-uf-x-400v-usado R$ 40,00

3 x R$ 40,00 = R$ 120,00

Total = 3 x 5600uF = 16.800uF

Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF + 19.800uF + 27.200uF + 6.800uF+ 16.88uF = 115.200uF

R$ 898,00

9200-uf-x-400-volts-usado R$ 59,00

5 x R$ 59,00 = R$ 295,00

Total = 5 x 9200uF = 46.000uF

Total geral = 9.400uF + 26.400uF + 8.800uF + 19.800uF + 27.200uF + 6.800uF+ 16.88uF+ 46.000uF = 161.200uF

Suficiente para: 

C60Hz_15kW = 10.137 uF

C120Hz_15kW = 40.550 uF 

C240Hz_15kW = 162.500 uF

R$ 1.193,00

Ajustando os parâmetros de partida para uma partida super rápida

Ao ajustar a freqüência máxima de trabalho para 60Hz, o potenciômetro varia de 0Hz até 60Hz no fim de curso. E tempo de aceleração de 4,5s.

Forma de onda de partida do motor de 15kW ao perder o sincronismo

Neste vídeo a taxa de aceleração esta muito rápida para este rotor. A forma de onda mostra o rotor perdendo o sincronismo com o campo girante trifásico do estator.

Corrente de partida de motor de 15kW na entrada do IPM

Neste vídeo a medição de corrente de partida de um motor de 15kW é feita na alimentação do IPM e não mais na saída trifásica.. O teste é um ajuste no tempo de aceleração e desaceleração.

Calculo da capacitância para a energia produzida por um motor de 15kW em 60Hz

 O momento de inércia do motor de 15kW é: J = 0,0457(kg.m2)

 Escrevendo novamente a equação da energia cinética rotacional:

   A energia cinética é diretamente proporcional a rotação do motor.
   Vamos calcular a energia cinética do rotor para 60Hz:

      60Hz =>1800RPM

KE = 811 Joules

 A equação da energia elétrica no capacitor é dada pela seguinte equação:

   𝝙V é a máxima tensão admissível para o banco de capacitores que é a tensão máxima de trabalho do link CC do inversor, que também é a tensão máxima do banco de baterias.
   Fixando a tensão máxima de trabalho em 400v, vamos calcular o valor da capacitância:

 60Hz =>1800RPM => 811 Joules

   A capacitância é dada pela equação:

C = 

Ajustando a taxa de aceleração e desaceleração

   Neste vídeo ajusto os parâmetros da taxa de aceleração e desaceleração do inversor.
   Ajustei a freqüência máxima de trabalho para 60Hz e a velocidade de aceleração para 4,8s e desaceleração para 15s.
   O motor acelera bem rápido e desacelera também.

   OBS.:Em torno de 1:00 de vídeo comento que o comprimento de uma roda é 1m. Na verdade a roda do Vectra de 15" e pneu perfil 50 tem 0,28m de raio. 
   Então o comprimento da roda é 3,14 x 0,28m. O que dá algo em torno de 0,88m.

   Com os ajustes dos parâmetros: A85 Boost Select = 14;  P35 = 60Hz;  P39 = 4s

   Conseguimos uma taxa de aceleração de 60Hz/4s = 15Hz/s
 
   Uma roda de 0,88m girando 1800rpm equivale a 96km/h.
   Ou seja nesta configuração a aceleração do veículo vai de 0 à 100km/h em 4s.

Dimensionando um resistor para a FRENAGEM DINÂMICA de um carro

Base para o post é este vídeo aqui:

   No vídeo o professor explica como dimensionar um resistor para a frenagem dinâmica de uma esteira transportadora.
  Usei como base para o dimensionamento de um resistor para a frenagem dinâmica de um automóvel.
   Este exemplo NÃO É FRENAGEM REGENERATIVA, pois não tem a intenção de recuperar a energia, mas apenas evitar um aumento de tensão no barramento CC devido ao excesso de energia provocado pela energia cinética de um veículo em movimento.
   O cálculo é bem simples:

   Onde:
   Pr = Potência do resistor (W)
   m = massa do veículo (kg)
   g = aceleração da gravidade (10m/s2)
   𝚹 = ângulo que o veículo faz com a horizontal (graus)
   v = velocidade do veículo (m/s)

   Exemplo:

   Veículo de massa 800kg descendo uma ladeira cuja inclinação é 30० numa velocidade de 60km/h (16,67m/s).

   Pr = 800(kg) . 10(m/s2) . (sen(30०) . 16,67(m/s)

Pr = 800 . 10 . 0,5 . 16,67

Pr = 66.680W

Pr = 67kW

    Lembrando que o IGBT que controla a frenagem dinâmica tem capacidade limitada de corrente.
   O IPM que estou usando tem capacidade de 75A e tensão de 600v, portanto a potência máxima que pode controlar é 45kW.
  Então nem em sonho pensar em acionar a frenagem dinâmica se estiver descendo uma PIRAMBEIRA.
   No mercado um resistor de 7,5kW custa algo em torno de R$ 3.000,00.

   Uma velocidade segura para se utilizar um resistor desses seria segundo a equação abaixo:

   Algo em torno de 2km/h.

Depois de PARTIR o motor, a preocupação agora é PARAR

Manual do PowerFlex 4 - Julho 2017

Não é bem parar o motor e sim a desaceleração.
Parar é mais fácil pois o próprio inversor já prevê esta função, mas a desaceleração é mais preocupante.
Pois a todo momento o veículo vai estar acelerando e desacelerando sem parar.
E a referência de velocidade do EVectra será um potenciômetro.
Pisa no pedal potenciômetro e o carro acelera até a referência de velocidade que o pedal irá informar e tira o pé do acelerador potenciômetro e a referência de velocidade passa ser menor.
Com a desaceleração, a geração de energia vinda do motor será certa.
Essa desaceleração portanto deve ser controlada.
Estudando um pouco mais a fundo os parâmetros do inversor PowerFlex4, verifiquei que o ajuste de desaceleração não está correto.
Eu devo setar a freqüência máxima de trabalho e depois o tempo de aceleração ou desaceleração. O inversor faz uma divisão entre a freqüência máxima e o tempo de aceleração ou desaceleração para achar a TAXA de ACELERAÇÃO ou DESACELERAÇÃO.

Copiei esta parte do manual do PowerFlex4:

A freqüência máxima setada está diretamente relacionada com a TAXA de ACELERAÇÃO ou DESACELERAÇÃO.

Vou diminuir a freqüência máxima de trabalho para 120 ou 60, bem como aumentar o tempo de desaceleração e testar este parâmetro

Analisando a corrente numa carga trifásica resistiva

Este vídeo mostra a forma de onda numa carga trifásica resistiva

Analisando a corrente de desligamento pelo método de desligamento RAMPA

Analisando a corrente de desligamento pelo método de desligamento RAMPA

Comportamento da corrente ao desligar o motor pelo método rampa

Comportamento da corrente ao desligar o motor pelo método rampa

Desligando o motor pelo método rampa

Testando e medindo a corrente ao desligar o inversor usando o método de desligamento chamado rampa.

Medindo correntes de partida do motor trifásico

Medindo e registrando algumas correntes de partida do motor trifásico.

Medindo a corrente de partida do motor trifásico

Mostrando e fotografando a corrente de partida do motor trifásico.

Mostrando as formas de onda de corrente, tensão e potência

Mostrando no osciloscópio as formas de onda de corrente, tensão e potência.

Partindo o motor após ajustes no inversor

Neste vídeo o motor é acionado até a freqüência de 60Hz. Mostrando detalhes dos componentes da instalação de teste.

Explicando e ajustando os parâmetros do inversor para uma programação básica

Neste vídeo explico o funcionamento de cada parte do teste. Explicando e ajustando os parâmetros do inversor para uma  programação básica.

Manual do Power Flex 4

Manual PowerFlex 4 completo - inglês

Versão atualizada - Julho 2017

TESTE FINAL do inversor de 1,5kW acionando o motor de 15kW

Explicação sobre o teste final do inversor de 1,5kW acionando o motor de 15kW. Mostrando quais parâmetros são necessários para partir o motor trifásico

3a tentativa de partida e acionamento do motor trifásico - FINALMENTE

Após alguns ajustes em certos parâmetros do inversor o motor parte de maneira suave.