PROPULS

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PROPULSÃO ELÉTRICA INTEGRADAAnálise do Projeto
dos Destroyers Classe Daring
CC(EN) César Leal Ferreira Engenheiro Naval, PhD
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Principais benefícios

• Baixo custo de vida útil em virtude de
• - Menores gastos com manutenção e operação
• - Maior confiabilidade da planta e
• - Impacto da flexibilidade de arranjo no custo.
• Modularidade, que facilita reconfiguração e
  redundância dos sistemas
• Redução da assinatura acústica
• Facilidade para aceitar futuras modernizações
• - Novos sistemas de armas e
• - Upgrades da propulsão.

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Desenvolvimento de um modelo do sistema de
propulsão
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Motor Elétrico Principal
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Características

• 2 Motores de indução (assíncronos) de 20 MW
• Corrente Alternada, 6 pares de pólos, 15 fases
• Torque máximo 1.061 MNm
• Rotação máxima 180 rpm

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Algoritmo usando transformação dq

• Input
• Voltagem no estator vsd e vsq
• Impedância no estator xs
• Impedância no rotor xr
• Reatância mútua xsr
• Velocidade do eixo N
• Torque de carga T
• Output
• Correntes no estator isd and isq
• Correntes no rotor ird and irq
• Velocidade do eixo N
• Torque eletromagnético Te

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Cálculo do torque

• onde
• P par de pólos constante
• ?b velocidade requerida constante
• xm reatância mútua constante
• ids and iqs correntes no estator na referência
  dq
• idr and iqr correntes no rotor referentes ao
  estator na referência dq

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Algoritmo usando matriz 15x15

• Input
• Voltagem no estator Vs 15x1
• Impedância no estator Xs 15x15
• Impedância no rotor Xr 15x15
• Reatância mútua Xsr 15x15
• Velocidade do eixo N 1x1
• Torque de carga T 1x1
• Output
• Correntes no estator Is 15x1
• Correntes no rotor Ir 15x1
• Velocidade do eixo N 1x1
• Torque eletromagnético Te 1x1

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Cálculo de torque

• Te ITG I onde
• I is1 is2 is3 is15 ir1 ir2 ir3
  ir15T
  
• Grr 0 Gss 0 Grs GsrT
  and

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Conversor Modulador de Largura de Pulso
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Composição de cada canal

• Um retificador de seis pulsos, com quarto
  thyristors em cada perna
• Um link de corrente contínua, composto de
  indutores e capacitores
• Um inversor, composto de cinco pontes tipo H com
  cinco IGBT em cada perna da ponte e
• Resistência dinâmica de frenagem.

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Conversor MLP de 15 fases
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Características

• Entrada 4160 V, 1100 A, 60 Hz
• Retificador 5600 V, 1410 A, CC

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Sistema de Controle

• Os métodos de controle podem ser
• 1) Controle Escalar
• 2) Controle por Campo-orientado
• 3) Controle Direto de Torque e Fluxo

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• O navio deve poder operar nas mais adversas
  condições de mar e de tempo
• O perfil operacional eventualmente exige grandes
  variações de velocidade
• O pessoal a bordo é reduzido ao mínimo necessário
  para operação, restringindo assim a
  disponibilidade de pessoal para manutenção
• Os cenários de batalha são caóticos e exigem ao
  máximo os sistemas do navio

POR ESTAS RAZÕES OS REQUISITOS DE ROBUSTEZ E
TOLERÂNCIA A FALHAS SÃO PREPONDERANTES
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Falha usando Controle por Campo Orientado
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Falha usando Controle Direto de Torque e Fluxo
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Cenários operacionais Velocidade constante
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Cenários operacionaisParada em emergência
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Cenários operacionais Falha em uma fase do motor
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Cálculo do incremento de temperatura
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Conclusões prováveis problemas

• O torque gerado pelo motor de indução apresenta
  micro-oscilações em todas as faixas de operação
• A magnitude destas oscilações é diretamente
  proporcional ao torque de carga
• Existem meios de minimizar estas oscilações, de
  forma que se tornem desprezíveis filtragem de
  harmônicas e sistema de controle avançado
• A falha de uma fase do motor de indução causará
  desequilíbrio nas correntes do estator, o que
  provocará incremento na taxa de aumento de
  temperatura.

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Início da construção AGO 03
Lançamento FEV 06
Início das provas de mar JUL 07