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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46579| ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-0037-3301 |
| Document type: | Tese |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Caracterização Técnico-Econômica da Transmissão CC no Acionamento de Motores CA a Longas Distâncias |
| Alternate title (s): | Techno-Economic Assessment of DC Transmission for Long-Distance AC Motor Drives |
| Author: | Alzamora, André Mendonça |
| First Advisor: | Paula, Hélder de |
| First member of the Committee: | Lima, Gustavo Brito de |
| Second member of the Committee: | Miguel, Jaime Mourente |
| Third member of the Committee: | Magalhães, Antonio Paulo Cardillo |
| Summary: | Desde a consolidação do IGBT como o dispositivo de comutação nos conversores de frequência, as técnicas de controle de motores a partir das modulações por largura de pulso (PWM) atingiram um excelente desempenho em termos de eficiência, controle de conjugado e velocidade, e qualidade da tensão sintetizada. Por outro lado, a presença de sobretensões transitórias e correntes parasitas de alta frequência se tornaram um problema bastante grave, com impacto na vida útil dos componentes do sistema. Diversos métodos para mitigar os efeitos adversos desses fenômenos foram propostos na literatura e alguns são tipicamente adotados em conversores comerciais, como o emprego de filtros na saída do inversor. Nesse contexto, foi proposta mais recentemente uma solução alternativa a fim de reduzir - ou mesmo eliminar - os fenômenos associados à propagação dos pulsos PWM através dos longos cabos que alimentam o motor. Essa proposta envolve uma mudança na topologia do conversor, separando as unidades retificadora e inversora, colocando esta última próxima ao motor e restringindo a circulação desses pulsos a poucos metros. Portanto, a transmissão da energia através dos cabos longos é realizada em corrente contínua (CC) e, assim, requer um condutor a menos em relação à topologia tradicional. Dessa maneira, obtém-se uma redução nos custos do cabo e das perdas elétricas e uma solução para os problemas de alta frequência. O objetivo principal dessa tese é trazer luz a questões técnicas e econômicas acerca da transmissão CC em acionamentos de motores CA a longas distâncias, incluindo sistemas em baixa e média tensão. Mais especificamente, caracteriza-se o conteúdo harmônico presente na corrente CC oriunda do processo de retificação, incluindo diretrizes para a especificação do filtro no link CC. Para isso, a ampacidade do cabo CC é quantificada sob diferentes percentuais de filtro, com resultados que podem ser empregados em novos projetos de sistemas de acionamento. A contribuição do cabo na mitigação das ondulações da corrente CC também é avaliada. Por fim, um estudo abrangente (em termos de potência e distância do acionamento) acerca da estimativa da economia nos cabos e nas perdas elétricas é realizado, com resultados em valores percentuais e monetários. Esses resultados advêm da comparação com a topologia tradicional e pode justificar a adoção da topologia de acionamento por transmissão CC em novos sistemas. |
| Abstract: | Since the consolidation of the IGBT as the switching device in frequency converters, motor control techniques based on pulse width modulation (PWM) have achieved excellent performance in terms of efficiency, torque and speed control, as well as the quality of the synthesized voltage. On the other hand, the presence of transient overvoltages and high-frequency parasitic currents has become a significant issue, affecting the operational life of system components. Various methods to mitigate the adverse effects of these phenomena have been proposed in the literature, and some are typically adopted in commercial converters, such as the use of filters at the inverter output. In this context, an alternative solution has recently been proposed to reduce - or even eliminate - the phenomena associated with the propagation of PWM pulses through long cables that feed the motor. This approach involves a change in the converter topology, separating the rectifier and inverter units, placing the inverter near the motor, and thus restricting the circulation of these pulses to just a few meters. As a result, power transmission through the long cables is realized in direct current (DC), which also requires one less conductor compared to the traditional topology. This topology leads to a reduction in cable costs and electrical losses, while also addressing high-frequency-related issues. The main objective of this thesis is to shed light on the technical and economic aspects of DC transmission in long-distance AC motor drives, including both low and medium voltage systems. More specifically, the harmonic content present in the DC current resulting from the rectification process is characterized, including guidelines for sizing the DC-link filter. Accordingly, the ampacity of the DC cable is quantified under different filter percentages, with results that can be applied in the design of new drive systems. The contribution of the cable itself to the mitigation of DC current ripple is also evaluated. Finally, a comprehensive study (regarding power drive and distance) is carried out to estimate the savings in cable and electrical losses, with results presented in both percentage and monetary terms. These findings result from the comparison with the traditional topology and may justify the adoption of the DC transmission drive topology in new systems. |
| Keywords: | acionamento de motores motor drives conversores de frequência frequency converters cabos longos long cables correntes de modo comum common-mode currents dimensionamento de cabos elétricos electric cable sizing metodologia de avaliação econômica de cabos economic evaluation methodology for cables sobretensões transitórias transient overvoltages transmissão de energia CC DC power transmission |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA::MAQUINAS ELETRICAS E DISPOSITIVOS DE POTENCIA |
| Subject: | Engenharia elétrica |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
| Quote: | ALZAMORA, André Mendonça. Caracterização Técnico-Econômica da Transmissão CC no Acionamento de Motores CA a Longas Distâncias. 2025. 180 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.452. |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.452 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46579 |
| Date of defense: | 24-Jul-2025 |
| Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 8. Trabalho decente e crescimento econômico - Promover o crescimento econômico sustentado, inclusivo e sustentável, emprego pleno e produtivo, e trabalho decente para todos. |
| Appears in Collections: | TESE - Engenharia Elétrica |
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