Estimação de eficiência e controle de um motor síncrono de imã permanente utilizando um inversor trifásico e o filtro de Kalman estendido

Abstract

Neste trabalho, foi desenvolvido um método para a estimativa do mapa de eficiência em máquinas elétricas, sem a necessidade de transdutores de torque ou dinamômetros. A técnica empregada é o Filtro de Kalman Estendido (EKF), que permite estimar o torque e a velocidade apenas medindo as correntes e tensões na entrada da máquina. O estudo foi realizado utilizando um motor síncrono de ímã permanente (PMSM). Foi feita uma fundamentação teórica para o modelo do motor, bem como para as equações de potência, eficiência e torque nos referenciais abc e dq. Foram abordados dois tipos de controle de velocidade para o motor, e apresentados os circuitos de condicionamento de tensão, corrente, torque e velocidade. Para validar os modelos teóricos, foram realizadas simulações no MATLAB e em hardware-in-the-loop (HIL), em conjunto com processadores digitais de sinais (DSP), além de testes experimentais em um motor real. Os resultados deste estudo mostram que os mapas de eficiência estimados pelo EKF são semelhantes aos obtidos por dinamômetros, demonstrando o potencial da técnica para estimar o mapa de eficiência de uma máquina elétrica sem o uso de dinamômetros.

Abstract: In this work, a method was developed for estimating the efficiency map of electrical machines without the need for torque transducers or dynamometers. The technique employed is the Extended Kalman Filter (EKF), which allows for the estimation of torque and speed by measuring the currents and voltages at the machine's input. The study was conducted using a permanent magnet synchronous motor (PMSM). A theoretical foundation was established for the motor model, as well as for the equations of power, efficiency, and torque in the abc and dq reference frames. Two types of speed control for the motor were addressed, and the circuits for conditioning voltage, current, torque, and speed were presented. To validate the theoretical models, simulations were conducted in MATLAB and in hardware-in-the-loop (HIL), in conjunction with digital signal processors (DSP), in addition to experimental tests on a real motor. The results of this study show that the efficiency maps estimated by the EKF are similar to those obtained from dynamometers, demonstrating the potential of the technique to estimate the efficiency map of an electrical machine without the use of dynamometers.