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02/12/2017
16/11/2017
15/11/2017
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)
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 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 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 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
11/11/2017
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.
10/11/2017
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)
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:
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 = 
09/11/2017
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.
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.
07/11/2017
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).
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.
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:
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.
06/11/2017
Armazenando a ENERGIA CINÉTICA de um motor de 7,7kW - 10CV
No post anterior vimos que a energia cinética é diretamente proporcional a rotação do rotor.
Para armazenar essa energia precisamos projetar um banco de capacitores pra máxima rotação do motor
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 do banco de capacitores para os 3 exemplos anteriores:
Para armazenar essa energia precisamos projetar um banco de capacitores pra máxima rotação do motor
A equação da energia elétrica no capacitor é dada pela seguinte equação:
Fixando a tensão máxima de trabalho em 400v, vamos calcular o valor da capacitância do banco de capacitores para os 3 exemplos anteriores:
60Hz =>1800RPM => 275 Joules
120Hz => 3600RPM => 1.100 Joules
240Hz => 7200RPM => 4.400 Joules
A capacitância é dada pela equação:
Teremos:
05/11/2017
ENERGIA CINÉTICA produzida num motor de (7,7kW - 10CV )
Mas antes de DESACELERAR vamos verificar quanta ENERGIA CINÉTICA um motor de (7,7kW - 10CV )é capaz de gerar
Trabalho usado como base dessa postagem:
MODELING AND DEMONSTRATING REGENERATIVE BRAKING OF A SQUIRREL CAGE INDUCTION MOTOR WITH VARIOUS DECELERATION RATES USING V BY F CONTROL
Motores Siemens
Antes de DESACELERAR ou PARAR o motor vamos verificar quanta ENERGIA CINÉTICA o ROTOR é capaz de gerar enquanto está desacelerando.
Com isso teremos base para controlarmos essa energia para valores que os capacitores envolvidos no circuitos do inversor e/ou banco de capacitores irão resistir.
Para podermos também estimar quanta energia poderemos recuperar numa suposta frenagem regenerativa, bem como dimensionar os capacitores para absorver esta energia.
No trabalho acima mencionado, o autor calcula o momento de inércia de um motor de 0,25HP.
Vamos usar as fórmulas do referido trabalho e calcular o momento de inércia para um motor de 7,7kW - 10CV.
A energia cinética rotacional do rotor é dada pela seguinte equação:
Onde:
I = Momento de inércia do rotor
𝟂 = Velocidade angular do rotor
Enquanto o rotor esta freando, e energia cinética é convertida em energia elétrica e armazenada no banco de capacitores.
A energia é calculada usando a equação:
Onde:
C = É a capacitância do banco de capacitores
𝝙V = É a mudança de voltagem através do banco de capacitores causada pela frenagem do motor.
A massa do rotor deve ser estimada para se calcular o momento de inércia do rotor.
O rotor que será usado no cálculo é deste motor:
Material usado na confecção do rotor:
Ferro
Tambor e eixo
Alumínio
Ventilador, pinos de balanceamento e anéis de retenção
Densidades 𝛒:
Ferro
Alumínio
Conhecendo as densidades e dimensões de cada material, o volume, V e a massa, m, podem ser calculados, usando as equações seguintes:
Usando a equação do momento de inércia:
O momento de inércia total pode ser calculado usando a equação:
Cálculo do momento de inércia:
Escrevendo novamente a equação da energia cinética rotacional:
Podemos verificar que a energia cinética é diretamente proporcional a rotação do motor.
Vamos calcular a energia cinética do rotor em 3 rotações em 3 frequências diferentes:
Trabalho usado como base dessa postagem:
MODELING AND DEMONSTRATING REGENERATIVE BRAKING OF A SQUIRREL CAGE INDUCTION MOTOR WITH VARIOUS DECELERATION RATES USING V BY F CONTROL
Motores Siemens
Antes de DESACELERAR ou PARAR o motor vamos verificar quanta ENERGIA CINÉTICA o ROTOR é capaz de gerar enquanto está desacelerando.
Com isso teremos base para controlarmos essa energia para valores que os capacitores envolvidos no circuitos do inversor e/ou banco de capacitores irão resistir.
Para podermos também estimar quanta energia poderemos recuperar numa suposta frenagem regenerativa, bem como dimensionar os capacitores para absorver esta energia.
No trabalho acima mencionado, o autor calcula o momento de inércia de um motor de 0,25HP.
Vamos usar as fórmulas do referido trabalho e calcular o momento de inércia para um motor de 7,7kW - 10CV.
A energia cinética rotacional do rotor é dada pela seguinte equação:
Onde:
I = Momento de inércia do rotor
𝟂 = Velocidade angular do rotor
Enquanto o rotor esta freando, e energia cinética é convertida em energia elétrica e armazenada no banco de capacitores.
A energia é calculada usando a equação:
Onde:
C = É a capacitância do banco de capacitores
𝝙V = É a mudança de voltagem através do banco de capacitores causada pela frenagem do motor.
A massa do rotor deve ser estimada para se calcular o momento de inércia do rotor.
O rotor que será usado no cálculo é deste motor:
Rotor de um motor de 7,7kW - 10CV
Dando nome aos bois:
Dimensões aproximadas:
Detalhes de construção do ventilador e pinos de balanceamento
Detalhe do uso de arruelas para o balanceamento do rotor
Ferro
Tambor e eixo
Alumínio
Ventilador, pinos de balanceamento e anéis de retenção
Densidades 𝛒:
Ferro
Alumínio
Conhecendo as densidades e dimensões de cada material, o volume, V e a massa, m, podem ser calculados, usando as equações seguintes:
As medidas tiradas são aproximadas e não estão todas as medidas necessárias para o cálculo do momento de inércia.
Mas esta informação se encontra no catálogo dos motores.
A informação de catálogo deste motor é que seu momento de inércia é: J = 0,0335(kg.m2)
Podemos verificar que a energia cinética é diretamente proporcional a rotação do motor.
Vamos calcular a energia cinética do rotor em 3 rotações em 3 frequências diferentes:
60Hz =>1800RPM
120Hz => 3600RPM
240Hz => 7200RPM
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