Estudo e implementação de estrategia para minimização de sobretensões produzidas por inversores PWM em sistemas de acionamento de motores eletricos com cabos longos

A eliminação de sobretensões em sistemas de extração de petróleo é o principal objetivo deste trabalho. Tais sistemas usualmente demandam pelo uso de cabos longos para conectar uma bomba elétrica submersível a sua fonte de alimentação. Um inversor tipo fonte de tensão operando com modulação por largura de pulso é utilizado como fonte e um motor de indução convencional sintetiza a bomba elétrica na modelagem do sistema. A eliminação das sobretensões é alcançada empregando uma estratégia que visa a alteração da freqüência de chaveamento do inversor, durante o funcionamento do sistema, ou seja, on-line. O valor adequado para a freqüência de chaveamento é calculado fazendo o tratamento digital de amostras do sinal de corrente na saída do inversor. A rotina de processamento pode ser implementada num processador tipo DSP. A análise pode ser estendida para sistemas de acionamento de motores de indução industriais desde que o comprimento do cabo seja suficientemente longo. A influência do efeito pelicular nos condutores é considerada na modelagem do cabo. Os parâmetros elétricos do cabo são calculados on-line através de uma metodologia chamada técnica da freqüência natural. Tais parâmetros permitem obter a resposta em freqüência do sistema e, portanto, identificar as frequências críticas onde existem ressonâncias que, por sua vez, submetem o motor à sobretensões e causam sobrecorrentes no inversor. São apresentados resultados de simulação para sistemas com motores da ordem de centenas de cavalos e resultados experimentais para um sistema com cabo de lkm de comprimento. Sistemas que aplicam transformadores elevadores de tensão na saída do inversor também são alvo deste trabalho.The analysis of long distance induction motor driving systems is performed. This kind of system, usuaIly driven by a voltage source inverter, has been employed by Petrobras for oi! exploitation in deepwater. Due to the excessive cable length, undesirable effects such as overvoltages and overcurrents are recorded at the motor and the inverter, respectively. Passive filters are commonly used in order to overcome those effects. An alternative strategy based on the correct choice of the inverter switching frequency, set in a pulse width modulation, is proposed. The strategy raise interesting from fact ofnot demanding for additional elements. The switching frequency is set even in the running system and can be estimated through the digital processing of the signal current sampled at the inverter terminaIs. A mathematical toei caIled natural frequency technique is employed to estimate the electrical parameters of the cable, in such a way that system frequency response can be outlined. An assessment of the critical frequencies related to overvoltages is possible from the frequency response. A high power system was simulated taking into account the skin effect in the cable conductors and a low power prototype was built in a laboratory. The closing results aIlow the application of the same strategy to industrial plants, since enough long cables are employed. Systems demanding for a voltage step-up transformer are also covered in the work