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Tese 2,6 MB - Técnico Lisboa

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1. Testes Diodo Testes com Sucesso Testes Tiristor Testes com Sucesso Fim dos Testes R pidos Figura 56 Fluxograma Testes R pidos Com a escolha do m dulo A30 para efectuar os testes o programa segue para a sec o de montagens subsec o montagens r pidas 39 Ap s efectuar a montagem segue para os testes nos quais um a um s o efectuadas aquisi es de sinais de corrente que s o analisadas com os sinais de refer ncia de forma a perceber se o m dulo se encontra avariado no semicondutor do teste em quest o No caso de falhar em algum dos testes o programa terminado indicando a localiza o do relat rio do teste para posterior impress o enquanto se passar aos testes todos terminado os testes r pidos e o programa passa para os testes avan ados Ver fluxograma dos testes avan ados na Figura 57 6 3 Testes Avan ados Fluxograma Montagens Avan adas En Montagem e O Efectuada 7 Dispara GT s Te stas com F i fe dr e al hire Frot c o dos GTO s Testes com F E q Quer testar F ii AE a a a avaria m Gire Protec o Avarias GTO s a do Diodo E Tosta Com Quar testar i AN aa E Fi o a awaria ooe W Y Circ Protec o Avaras m do Tiristar Dioda lt lt Testes co Ms F ee Quer testar F x a SUGORRO 7 E avaria PAR i e Fim dos Avaras Testes do
2. Mude o terminal negativo da Fonte e a ponta de corrente do ponto 2 para o ponto do m dulo Ligue a Fonte e T fon Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado aparecendo a seguinte janela 67 Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso no teste ao tiristor terminando assim os Testes R pidos dada a seguinte informa o Montagem Testes Avan ados As altera es ao circuito ao longo dos testes avan ados resumem se altera o do ponto do m dulo ao qual ligado a ponta de prova de tens o assim como a ponta de prova de corrente Como existem v rias pequenas liga es a efectuar nos testes avan ados foi criado um menu Help onde descrito mais pormenorizadamente as liga es a efectuar A passagem para esse menu efectuada atrav s do bot o Help no canto inferior direito Ver figura anterior 68 so o o Psi 8 ND ho mau ads ada toda bo T E BOJ BE df 6 A Y k D berma ad oa prie TA ji G paa e a E a r Cabe ip a ahia AS a a b o cr ed hm cedidos K r Ao carregar no bot o Montagens da figura anterior o programa passa novamente para o menu anterior e neste ao carregar n
3. Ea rm EE E am Ci m a Lip E Er Es A P E F E rpt Lar m ad n gt AID r Mi i li A IE KJ e bo E iia E ni Fi La k AE T T l Ls z w L Ca E mo p i am e n in T E an mm 1 e Em EE E Jg s i i i po j F H E E P E s dire tia a E A E b aTi pel m F FL E dis EE E E E T ai a Thi G ads Ss E i ig I o EEB a gl Fa E e F ES E 7 cm L S m Ei ij F T e jo e HI LET m mm dom Lam i my E a LEJ i E m E F Hu m p T I EL F E a LA i a m 5 4 i E E L m m e Figura 71 Esquema do sistema de trac o travagem do material circulante ML90 1 1 1 Capta o de corrente 11X1 11X4 Cada carruagem motora apresenta 4 dispositivos de capta o de corrente sapatas comandados pneumaticamente fazem a sua capta o de corrente atrav s de patins em grafite As suas posi es s o supervisionadas por um fim de curso microswitch Os fus veis que t m como fun o proteger o circuito de alimenta o e os cabos contra os curto circuitos est o instalados numa caixa situada por cima do dispositivo de capta o de corrente e fazem parte da mesma estrutura No funcionamento normal existem 2 sapatas num dos lados da carruagem em opera o Em caso de defeito de uma das sapatas a carruagem consegue manter o seu funcionamento at chegar ao t rmino seguinte Especifica es t cnicas e Corrente nominal 28
4. 1 2 1 Limita es em tens o an dica Tens es m ximas Os valores limite m ximos da tens o nodo c todo s o referentes s situa es de bloqueio directo e inverso Vorm M ximo valor do pico repetitivo da tens o de bloqueio directo A tens o directa repetitiva m xima Vbrm que um tiristor GTO ao corte suporta sem a ocorr ncia de avalancha depende da tens o porta c todo Vek aplicada O valor de Vorm indicado pelos fabricantes normalmente medido com uma polariza o negativa de porta vex entre 2V a 5V 59 Varm M ximo valor do pico repetitivo da tens o de bloqueio inverso O valor repetitivo da tens o de bloqueio inverso na melhor das hip teses 50 de Vprm em tiristores GTO com camada tamp o N ou N Em tiristores com curto circuito de nodo a tens o Varu n o excede alguns volts 1 2 2 Limita es em corrente Correntes m ximas Na Tabela 1 encontram se tamb m os seguintes valores limite m ximos para a corrente de tiristor GTO lyrus e ltsm referentes aos seus valores eficazes e de pico n o repetitivo respectivamente ainda especificado o par metro Irco m ximo valor de pico da corrente directa bloque vel pela porta Este valor normalmente especificado associado ou a um valor m ximo de dv k dt ou a um dado valor da capacidade do circuito RCD de limita o de dvaw dt dado que o valor da corrente que um tiristor GTO capaz de cortar Irco sem que se verifique a sua destrui o d
5. Como a bobine anteriormente escolhida 26 5mH maior que os c lculos agora efectuados n o existem problemas em manter a escolha garantindo melhor ainda que a varia o da corrente pequena 3 4 4 Condensador Co Atrav s da equa o 23 e com base nos resultados obtidos para a tens o tem se 1 ST U 0 85 X 557 70 SS a DO DSO sm 1 5 R AVo 1 0 85 x27 5 0 05 x 396 7 gd Co Como foi indicado anteriormente os condensadores que est o a ser usados s o de 6mF n o sendo por isso necess rio alterar a configura o uma vez que o sobredimensionamento deste leva a que o valor do tremor da tens o seja inferior aos 5 estipulados 19 4 Circuitos de Protec o 4 1 Fonte Como indicado anteriormente tanto a fonte de tens o como os semicondutores do m dulo de pot ncia A30 e A40 encontram se protegidos Como a carga associada fonte indutiva surgem correntes de retorno que podem danifica la se a atravessarem Por esse motivo colocado um circuito de protec o Figura 19 formado pelo d odo D1 e pela resist ncia R A fun o da resist ncia fazer dissipar essas correntes enquanto a do d odo que n o permitir que esses correntes tomem a direc o da fonte O condensador C existente na figura apresenta se como uma tentativa de aproximar o funcionamento do circuito ao funcionamento real dos m dulos A30 e A40 no comboio representando por isso o condensador 13A1 C Anexo Circuito de
6. Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o do tiristor apresentando as seguintes janelas O circuito de protec o do tiristor encontra se avariado Desligue a fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v rias janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o Sim na pergunta sobre o sinal do teste o m dulo passou com sucesso os testes avan ados apresentando as seguintes janelas 85 Avarias M dulo A30 e Circuito Protec o dos GTO s es Se o utilizador escolher a op o N o o programa apresenta nova janela e Circuito Protec o do D odo 86 Se o utilizador escolher a op o Sim o programa apresenta a janela e sai do programa e Circuito Protec o do Tiristor 87 Se o utilizador escolher a op o Sim o programa apresenta a janela seguinte M dulo A40 e Circuito Protec o dos GTO s fin 3 Se o utilizador escolher a op o N o o programa apresenta nova janela 88 Se o utilizador escolher a op o N o o programa apresenta uma outra janela e Circuito Protec o do D odo e Circuito Protec o do Tiristor 89 Se o utili
7. apresentar um valor de dilGQ dt t o elevado quanto poss vel 845403 cd 214204 De 1 CATODO D 2 C TODO PRETO 2 ANODO 3 PORTA BRANCO Figura 74 Aspecto f sico do GTO testado 58 Na Figura 4 pode se observar o aspecto f sico do GTO montado nos m dulos de pot ncia testados pelo programa A Figura 75 ilustra as caracter sticas descritas numa evolu o temporal t pica das correntes e tens es aos terminais de um tiristor GTO na comuta o condu o corte que foi retirada de 5 de onde tamb m se retirou a descri o destas caracter sticas e onde podem ser encontradas descri es mais detalhadas de outras caracter sticas destes dispositivos did p D IiGTO e esgpa iss y i lt ttal gt eg Figura 75 Evolu o temporal das correntes e tens es aos terminais de um tiristor GTO durante os transit rios de passagem condu o a e de passagem ao corte b num circuito com carga indutiva d odo de roda livre e bobine de limita o de dIsro dt II 2 Caracter sticas Limite As correntes e tens es aos terminais de um tiristor GTO s o limitadas devido a fen menos energ ticos isto elevados n veis de tens es e correntes podem levar fus o do semicondutor devido s elevadas pot ncias dissipadas e a fen menos de basculamento latchup profundo ou seja as elevadas correntes directas provocam uma diminui o borr aumentando assim a corrente da porta
8. condu o estando apenas o GTO ao corte O esquema do circuito nesse intervalo de tempo encontra se representado na Figura 14 o a Ea Figura 14 Circuito redutor ampliador com GTO ao corte e restantes semicondutores em condu o 11 Olhando novamente para a malha que se forma com esta configura o verifica se que para o regime permanente obt m se Vi Vo 4 3 2 3 Rela es de transfer ncia do conversor A introdu o do tiristor na montagem de teste veio introduzir uma dificuldade suplementar no c lculo das rela es de transfer ncia do conversor O objectivo destes c lculos o de determinar os valores m nimos de indu o da bobine L e da capacidade do condensador Co para um tremor m ximo Como o intuito testar os m dulos A30 e A40 e n o criar um redutor ampliador perfeito foi adoptado o pior caso 0 1 0 permitindo assim que o tiristor convencional seja disparado no momento em que o d odo come a a conduzir Esta hip tese para o tiristor leva simplifica o do circuito Figura 15 Figura 15 Circuito redutor ampliador para o A30 simplificado Utilizando as express es 1 3 e 4 anteriormente calculadas tem se U 0 lt t lt T Vii t i D ST lt t lt T 5 A express o para o c lculo do valor m dio vem da integra o ao longo do tempo da express o anterior ou seja 1 T VLiav T Vi t dt 0 Substituindo a equa o 5 na 6 tem se 1 T T cay
9. Figura 78 Anexo V Figura 60 Blocos que permitem a cria o dos menus do programa de testes A passagem autom tica efectuada entre os menus utilizada no programa para o tornar mais autom tico Menu Principal Montagens 430 e M dulo 430 ja Testes R pidos Menu Principal Montagens amp 40 e M dulo 440 rj Testes R pidos Figura 61 Blocos que permitem passagem autom tica entre menus 42 Na Figura 61 pode se observar dois exemplos de c digo para a passagem autom tica entre menus O exemplo da figura descreve a passagem ap s a escolha do m dulo a testar do Menu Principal Inicio para o menu das Montagens Isso acontece indicando a localiza o exacta que se pretende ou seja no Menu Principal queremos ir para a p gina das Montagens ai pretende se ir para o Modulo A30 ou A40 conforme a indica o dada no inicio pelo utilizador e dentro desse menu queremos as montagens dos Testes R pidos Isto permite que n o haja enganos por parte das montagens e ou testes a realizar pois o programa segue a ordem pretendida para as montagens e testes 6 4 2 Janelas de interac o com o utilizador Existem v rios tipos de janela que permitem a interac o do utilizador e Janela Informativa permite informar o utilizador e Janela de Decis o pede uma decis o ao utilizador e Janela de Informa o pede informa o para o programa ao utilizador A Figura 62 demonstra os blocos para as duas primei
10. O controlo dos conversores de pot ncia efectuado a partir de microprocessadores existentes nas cartas desta unidade de uma forma digital atrav s de um Software que se encontra guardado nas suas mem rias Este Software foi efectuado numa linguagem de programa o denominada SIBAS CAD A informa o que chega s unidades centrais de controlo proveniente dos v rios sensores e comandos que existem ao longo das carruagens painel do maquinista sensores de velocidade posi o portas etc Essa informa o processada pela CCU e TCU e enviada para o m dulo de gate A10 ou para as unidades A50 A60 sob a forma de sinais que ap s devidamente modulados s o enviados aos semicondutores t Sistema multiusu rio baseado em bancos de dados online uma ferramenta importante para fins administrativos e de processamento de dados distribu dos Fo1 inventado pela Norsk Data em 1975 2 2 2 M dulo de Gate A10 Ao contr rio dos tiristores convencionais os GTO s t m a possibilidade de serem desligados Como tal implica um grande esfor o por parte do sistema existe associado aos m dulos A30 e A40 um m dulo totalmente dedicado a essa fun o o m dulo de gate A10 Figura 8 Esse m dulo constitu do pelos subm dulos A1 A2 e A3 que ser o descritos de seguida Figura 8 M dulo de Gate A10 A liga o do TCU ao m dulo de gate A10 assegurada pelo m dulo A1 atrav s de avisos enviados por push p
11. Sim na pergunta sobre o sinal do teste o m dulo passou com sucesso o teste ao circuito de protec o dos GTO s seguindo a informa o para o teste seguinte teen tre M E sd Ano Ea o carregar no bot o Capturar Sinal o programa ir colocar os sinais de tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do d odo nos gr ficos do lado direito Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o do d odo Surgem as janelas seguintes 83 O circuito de protec o do diodo encontra se avariado Deslique a fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v rias janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o Sim na pergunta sobre o sinal do teste o m dulo passou com sucesso os testes ao circuito de protec o do d odo seguindo a informa o Mude a ponta de prova de corrente e de tens o do ponto 2 para o ponto do m dulo Coloque o amplificador de tens o nos 208fdiy e calibre nos O em Do Tras OT nda ONA RR 84 Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa ir colocar os sinais de tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do tiristor nos gr ficos
12. Circuito redutor ampliador com o d odo e tiristor ao corte e o GTO em condu o 10 Figura 13 Circuito redutor ampliador com d odo em condu o e os restantes semicondutores ao corte 11 Figura 14 Circuito redutor ampliador com GTO ao corte e restantes semicondutores em condu o 11 Figura 15 Circuito redutor ampliador para o A30 simplificado 00snnsenneeenssssssssseesreeeeesssssssssssssrsrrrreeesssss 12 Figura 16 Formas de onda ideais do conversor redutor ampliador ssssessseseeeeeeeeeesssssssssssesrrrrreeeesss 14 Figura 17 Esquema da montagem redutora ampliadora utilizada para os testes cccccccceeeess 15 Figura 18 Configura o dos condensadores no circuito ssssssssssseeeereessssssssssssrrrreereeesssssssssssererrrreeesssss 17 Figura 19 Circuito de protec o da fonte de tens o rr rrrrrereeeeeeeenaaaeaaaaaaeerereereraaannnds 20 Figura 20 Montagem cc cc redutora ampliadora com o m dulo A30 e respectivos circuitos de protec o 21 Figura 21 Circuito de protec o dos GTO s e seu funcionamento enneessssessssseeeeeeeeeessssssssssserrrrrreeesssss 21 Figura 22 Tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o dos GTO S 22 Figura 23 Circuito de protec o do Tiristor e seu funcionamento e seeesssssssssseeereeeeeessssssssssseserrrreressssss 22 Figura 24 Tens o e corrente
13. G nona Es Cal aid do oa nad 20 4 2 MODULO ASO autentica ou anda bands ras udebra ais raca a atada doca af ads dante bra 20 4 3 MODULOAA O carora a E o A e 24 5 SIMULA O E ENSAIO nadoon a a aa 25 5 1 SIMULATA O cas na ar a e a raaa E a aal 25 5 2 ENSAIO assess Ta Datas ds ST gd a ds ns ads gi ii 27 5 3 RESULTADOS SIMULA O E ENSAIO anais sas dota las EU Aa ap a SE Sta ONG 28 53 1 Fome GEren S AO a T a a 28 5 3 2 Sinais de disparo dos semicondutores aaa span nupa Asi eo pn MO DA aca VC Ea Dada 29 5 3 3 MOU OM Orri oE rf a AD a a A AD 29 5 3 3 1 Testes RADIDOS aan aa aa OR RA 29 5 3 3 2 TESTES AVAN ADOS ann Sao USD Sa OCL AG GS EG DU 30 5 3 3 3 AVARTAS sorrir uE EEEE ES EA ET ETNE E E E EEE E E EEE A E a 31 5 3 4 Modulo AAO ana AEAN OTOA OO 33 5 3 4 1 PRESTES RADICO Sera O RO EA nn a 33 5 3 4 2 Testes AVAN ADOS usam garantam da Eae ad OD OD OT TO DAT RO 34 5 3 4 3 ANANTAS roren erra ren E RR asd ssa a send ie Rae aan a nad ada a eau due ia Ri and a no as 35 O PROGRAMA DE TESTES seara cone GDE SOS URAG DE aaa Ena dC ne caa TSC G SENA E NG en ana da aaa 38 6 1 PROGRAMA GERAL FELUXOGRA MA sura reorua E TATE ani p ati Conan dadas aaa 38 6 2 TESTES RAPIDOS FLUXOGRAM Asas iicsioannos sonia us nnartis is do si sannis Co sni ola si nisa tino l ds ai N 39 6 3 TESTES AVAN ADOS FLUXOGRAMA reee mreana a LRC ica Da Gads IDEA SNL a aU macia A stand 40 6 4 CODIFICA O DO PROGRAMA DE TESTES aaa aerea ia les Ceci said 41 6 4
14. Tiristor Avan ados Fim Figura 57 Fluxograma Testes Avan ados 40 De forma a perceber melhor o funcionamento do programa de testes foi criado um manual do utilizador que indica todos os passos a realizar para os testes disparo de sinais avarias e o relat rio final com os resultados dos testes 6 4 Codifica o do Programa de Testes De forma a explicar como foi constru do o programa de testes ir ser apresentado um breve resumo do programa utilizado e de seguida como foi efectuado cada parte que constitui o programa Na Sec o de Electr nica e Instrumenta o do Metropolitano de Lisboa E P E os programas efectuados para correr no banco de ensaios s o produzidos no programa LabVIEW O LabVIEW Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench produzido pela National Instuments uma plataforma de desenvolvimento de uma linguagem de programa o visual denominada G Esta uma linguagem de fluxo de dados e a sua execu o determinada pela estrutura de um diagrama de blocos gr fica onde as diferentes fun es s o interligadas por fios que permitem propagar as vari veis ao longo do programa O LabVIEW baseado em sub rotinas denominadas instrumentos virtuais VI s e cada uma delas apresenta tr s componentes e Painel de Conectores e Diagrama de Blocos e Painel Frontal O Painel de Conectores usado para representar um VI no diagrama de blocos de outros VI s permitindo assim chamar os i
15. assim os Testes R pidos ex Montagem Testes Avan ados 79 apresentada apenas a liga o para o primeiro teste sendo dadas as indica es para os testes futuros ap s a conclus o com sucesso do teste anterior Como existem v rias pequenas liga es a efectuar nos testes avan ados foi criado um menu Help onde descrito mais pormenorizadamente as liga es a efectuar A passagem para esse menu efectuada atrav s do bot o Help no canto inferior direito Ver figura anterior dm da eis A dada did Raid agia T E Bar mioj ah a a pi i i ii s ga h Ba ncia mi hema A Ao carregar no bot o Montagens presente na imagem anterior o programa passa novamente para o menu anterior e neste ao carregar no bot o Testes o programa passa para o menu M dulo A30 submenu Testes Avan ados O menu encontra se dividido nos testes de disparo dos GTO s testes ao circuito de protec o dos GTO s d odo e tiristor Testes Avan ados Eren E Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa coloca os sinais nos gr ficos do teste apresentando a janela 80 es b Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo n o est a receber os sinais de disparo S o apresentadas v rias janelas com a indica o do que o utilizador deve efectuar O m dulo n o recebe os sinais de disparo verifique as liga es ou troque o m dulo 410 Ap s a verific
16. como nas correntes podem ser explicadas com a idealidade que o modelo matem tico do Matlab Simulink imp e como por exemplo na fonte de tens o U onde n o poss vel limitar a pot ncia fornecida como acontece na fonte real Por fim efectuada uma compara o dos resultados obtidos por cada uma das montagens entre os sinais de simula o e de ensaio 5 1 Simula o De forma a percepcionar os resultados que ser o obtidos nos testes foram criados modelos de teste para o m dulo A30 Figura 28 e 29 e o A40 Figura 30 e 31 Seguindo a linha de ensaios realizados e o protocolo do programa de testes para os m dulos A30 e A40 foram criados modelos de testes r pidos Figura 28 e 30 com o objectivo de estudar o funcionamento dos semicondutores quando apresentam uma carga aos seus terminais verifica o das correntes de fuga e os modelos de testes avan ados Figura 29 e 31 para o estudo dos m dulos quando se encontram no circuito do redutor ampliador simula o de funcionamento normal Teste ao GTO Teste ao D odo Teste ao Tiristor Figura 28 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A30 Testes r pidos 25 afim E Figura 29 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A30 Testes avan ados Figura 30 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A40 Testes r pidos Figura 31 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A40 Testes Avan
17. conforme a especifica o enviada impulsos com um alongamento de cerca de 50us com um valor de cerca de 20V no in cio da pulsa o e um pico negativo de 60 V no fim Figura 9 Unidade de conex o de impulsos actuadores A50 As unidades A50 e A60 t m na sua constitui o quatro circuitos iguais ao representado na Figura 10 e cada um deles fornece os sinais de disparo de um tiristor A unidade A5O liga os tr s tiristores do m dulo de pot ncia pertencente ao ondulador de corrente e ao tiristor BT2 do A30 enquanto a unidade A60 liga os tr s tiristores do A20 tamb m pertencente ao ondulador de corrente e ao tiristor BT1 do A40 Como as unidades A50 e A60 apresentam a mesma constitui o podem ser utilizados de forma trocada sem que isso provoque uma avaria no funcionamento Figura 10 Circuito de conex o de impulsos 3 Montagem CC CC Redutor Ampliador Para o teste ao m dulo de pot ncia A30 A40 foi necess rio criar um circuito que crie no m dulo a ilus o de este estar ligado no seu local original na carruagem Desta forma e atendendo s limita es existentes no laborat rio face realidade da carruagem decidiu se adoptar uma montagem cc cc do tipo redutor ampliador Esta configura o permite uma melhor adapta o aos m dulos A30 e A40 e tamb m que os semicondutores sejam comutados a uma tens o superior aos TOV disponibilizados pela fonte existente no laborat rio Este aumento de tens o provocado pela m
18. de protec o do Diodo e seu funcionamento Atrav s da simula o podemos obter os sinais de tens o e corrente Figura 26 nesse circuito de protec o cd TT TT T EM um P Figura 26 Tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do Diodo 23 4 3 M dulo A40 O m dulo A40 pelas raz es indicadas no m dulo A30 apresenta tamb m circuitos de protec o aos seus semicondutores Esses circuitos de protec o encontram se na Figura 27 vermelho circuito protec o dos GTO s verde circuito de protec o do diodo e azul circuito de protec o do tiristor e como se pode observar a constitui o semelhante ao do m dulo A30 Como o funcionamento dos circuitos de protec o igual n o efectuado o seu estudo detalhado 1 Circuito de protec o da fonte Figura 27 Montagem cc cc redutora ampliadora com o m dulo A30 e respectivos circuitos de protec o 24 5 Simula o e Ensaio Com o intuito de prever os resultados em laborat rio foram efectuadas simula es aos m dulos A30 e A40 a funcionar numa montagem redutora ampliadora Essas simula es foram importantes para conhecer o comportamento dos m dulos obtendo se as ondas de tens o e de corrente pr ximas do que ser obtido experimentalmente Os ensaios em laborat rio mostram diferen as entre os valores das ondas em rela o simula o Essas diferen as tanto nas tens es
19. de protec o do tiristor formado pelo paralelo dos condensadores C6 e C7 em s rie com o paralelo das resist ncias R2 e R3 a vermelho na Figura 23 protege o dos picos de tens o que tem origem nas correntes indutivas dos motores e do ondulador de tens o Os condensadores s o carregados quando efectuada a comuta o corte condu o do tiristor Circuito a azul da Figura 23 atrav s da corrente da bobine e s o descarregados na comuta o condu o corte do tiristor Circuito a verde da Figura 23 passando o GTO condu o Atrav s da simula o podemos obter os sinais de tens o e corrente Figura 24 nesse circuito de protec o Circuito de protec o da fonte Figura 23 Circuito de protec o do Tiristor e seu funcionamento 22 Figura 24 Tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do Tiristor 4 2 3 Circuito de Protec o do Diodo O d odo protegido atrav s do paralelo dos condensadores C3 e C4 e a resist ncia R10 representado a vermelho na Figura 25 Na comuta o corte condu o do d odo os condensadores s o carregados com uma tens o V9 U Circuito a azul da Figura 25 evitando a disrup o do d odo que pode ser provocada pelas r pidas eleva es de corrente Com a desactiva o do m dulo a resist ncia tem a fun o de descarregar a tens o acumulada nos condensadores Circuito a verde da Figura 25 Circuito de protec o da fonte Figura 25 Circuito
20. e no laborat rio as unidades de comando dos m dulos A30 e A40 montados como conversores redutores ampliadores Os sinais a serem enviados s unidades que comandam os m dulos s o obtidos pela interliga o com a Unidade de Controlo de Trac o TCU Traction Control Unit Ensaiar os m dulos do conversor de corrente cont nua e os seus componentes tiristores GTO d odos e tiristores convencionais de forma a detectar poss veis avarias Criar um programa de testes semi autom tico seguindo um protocolo de testes j existente para tornar mais eficaz e c lere o despiste de avarias por parte de um t cnico Criar um manual de utilizador de apoio ao programa para servir de guia no desenrolar dos testes efectuados 1 4 Modelo ML90 No modelo em estudo o ML90 o conversor do tipo cc cc cont nuo cont nuo revers vel em tens o constitu do por um chopper de dois quadrantes composto por GTO s Gate Turn OFF enquanto o ondulador revers vel composto por tiristores convencionais Anexo O controlo do conversor cc cc efectuado por modula o de largura de impulso PWM Pulse With Modulation permitindo ao conversor a passagem da tens o continua da linha para o valor de corrente cont nua desejada O controlo do ondulador efectuado por uma unidade de 6 impulsos e a velocidade da m quina determinada atrav s da varia o da frequ ncia da componente fundamental das tens es correntes t
21. ideais e N o levar em considera o para os c lculos a exist ncia de circuitos de protec o na fonte de tens o e nos semicondutores do m dulo e Equa es calculadas assumindo o intervalo de funcionamento T lt t lt T para o tiristor convencional 3 4 1 Tens o de sa da e tens es m ximas nos semicondutores Atrav s da equa o 10 pode se ent o calcular a tens o Vo que efectivamente vai estar no circuito 0 85 Ve gel a TR 1 0 85 x 70 396 7V Com o valor da tens o de sa da calculado pode se verificar que a tens o m xima aplicada a cada semicondutor Vbrmesr U Vo 70 396 7 466 7V Vrrmep U Vo 466 7V Vbrmer Vo 396 7V Varmgr U 70V 3 4 2 Corrente m dia nas cargas Vo 396 7 SA naw Ry BOL O ifi Od if todt 0 o 0 08 x 50230 L15A Rlav Cr j Ir1 a a oyr Ro R4 E Ro Ry e 0a o 18 3 4 3 Indut ncia Li Com a altera o dos factores de ciclo dos semicondutores o valor da indut ncia calculada anteriormente pode j n o garantir as especifica es pretendidas Assim para calcular o novo valor de indut ncia L necess rio recorrer equa o 20 U oT Alt Li Como Ai varia com o factor de ciclo devido corrente m dia o novo valor dessa corrente ter de ser calculado atrav s da equa o 18 U O 70 0 85 li gt z 96 16A Lav R 1 5 2 275 1 0 85 U 7 1 Seis cn sdnha Ai 0 5 x 96 16 250 A L
22. janelas dever o programa seguir pl pie a Fale rh REM Figura 64 Janelas L gicas na hip tese TRUE e FALSE A Janela Sequencial Figura 65 uma janela que permite determinar a ordem sequencial das fun es que se quer executar no caso de se pretender que estas s sejam efectuadas ap s uma outra terminar JOoOgOgDOdooOooOodogdoOo do gdgoOogOogoOgoLr r z 5 N EEA Figura 65 Janela Sequencial A Pilha de Informa o Figura 66 permite a redu o do espa o onde programado criando v rias p ginas na mesma janela Essa funcionalidade foi usada para poupar espa o na programa o da aquisi o dos sinais e question rio sobre o seu resultado usando a p gina 0 para a programa o do m dulo A30 e a p gina 1 para a programa o do m dulo A40 Tomoa ooa q 0 1 vpe Figura 66 Pilha de Informa o 44 6 4 4 Aquisi o de sinal Na realiza o dos testes existem v rios processos que tiveram que ser programados desde o disparo para a aquisi o do sinal at ao question rio sobre o sinal obtido Cada aquisi o de sinal iniciada atrav s de um bot o Capturar Sinal que se encontra ligado a uma janela l gica explicada anteriormente Essa janela permite que sejam codificados os v rios testes em separado uma vez que s s o efectuados quando o bot o carregado A Figura 67 mostra o bot o e o conjunto de blocos que v o do inicio da aquisi o do sinal at decis o do resulta
23. o e corrente aos terminais do diodo circuito de protec o em curto circuito 36 dar domo agf tam tao tm astro tim Figura 54 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em curto circuito 37 6 Programa de Testes O resultado final da pesquisa efectuada atrav s das simula es e ensaios a cria o de um programa de testes que baseado nos sinais retirados aos m dulos A30 e A40 em perfeitas condi es de funcionamento permita identificar os m dulos de pot ncia que se encontram avariados e saber quais as causas da avaria antes de estes serem enviados para o laborat rio da Siemens na Alemanha Assim poder evitar se o envio de equipamentos que estejam a funcionar em condi es para Alemanha ou no caso de estar avariado irem j com a indica o de qual o problema encontrado O programa final de testes desenvolvido em LabView formado por v rias pastas onde est o indicadas as montagens a efectuar os testes que devem ser feitos e as indica es entre testes O resultado do programa para cada teste realizado ser um relat rio que indica quais os testes que passaram com sucesso e no caso de haver um com insucesso qual a origem da avaria 6 1 Programa Geral Fluxograma De forma a sistematizar o programa encontra se na Figura 55 um fluxograma geral do funcionamento do mesmo In cio Indica o das informa es referentes ao utilizador
24. protec o da fonte Figura 19 Circuito de protec o da fonte de tens o De forma a n o influenciar o circuito quando o GTO se encontra a conduzir a resist ncia R apresenta um valor de 6600 fazendo com que a corrente que a percorre n o seja muito elevada O uso do condensador tem como objectivo manter a tens o aplicada ao circuito num valor constante Como tal o valor do condensador C deveria ser estipulado pelo valor do 13A1 C que de 24mF Devido ao facto de nas instala es do Metropolitano de Lisboa E P E n o existirem condensadores com esse valor o condensador C ter um valor de 4 mF Esta op o al m de ser a que se encontra mais pr xima do valor pretendido trar benef cios para o circuito pois permite uma varia o de tens o mais pequena 4 2 M dulo A30 O esquema da montagem cc cc redutora elevada do m dulo A30 e os respectivos circuitos de protec o encontra se na Figura 20 O m dulo A30 apresenta os tiristores GTO GST2 e GST2 e o d odo V3 em paralelo A presen a do d odo no m dulo permite a continuidade da corrente indutiva nas m quinas ass ncronas Anexo Cada semicondutor do m dulo A30 apresenta um circuito de protec o dVak dt constitu do por condensadores d odos e resist ncias Estes circuitos de protec o vulgarmente denominados 20 por snubber RC com d odo de roda livre evitam que os semicondutores fiquem danificados com a varia o de tens o gerada
25. rio at que a corrente principal atinja o valor da corrente de lan amento deve manter se com esse valor durante cerca de uma dezena de ms e promove a passagem condu o de todas as ilhas cat dicas em simult neo mesmo enquanto a corrente principal for inferior corrente de lan amento tornando mais r pido o processo de comuta o di dt Taxa m nima de subida da corrente de porta na passagem condu o O impulso inicial de corrente de porta deve apresentar um tempo de subida curto Ver Tens o porta c todo necess ria na passagem ao corte A comuta o condu o corte requer a polariza o desta com uma tens o porta c todo de valor aproximadamente de 15V Os tempos de comuta o e a amplitude m xima da corrente de porta necess ria para garantir a comuta o dependem desta tens o porta c todo aplicada para al m da corrente directa que o tiristor GTO deve comutar borr Ganho de corrente na comuta o pela porta o quociente entre o m ximo valor da corrente directa principal que o tiristor GTO capaz de interromper e a corrente de porta que for a essa comuta o Iso Indica a corrente de porta necess ria para cortar uma corrente principal pr xima do m ximo valor de corrente capaz de ser cortado pelo GTO dico dt M nima taxa de varia o da corrente de porta na passagem ao corte Para promover uma passagem ao corte uniforme em todos os c todos o impulso negativo da corrente de porta dever
26. 000A ax im i z iti 20500A 25 C M xima corrente de pico n o repetitivo lEsM 1 E 0 Caracter stica de choque t rmico a HE C Limita es em temperatura Limites de temperatura de opera o da 1350C jun o ltrmus M ximo valor eficaz da corrente directa maximum root mean square current Refere se ao funcionamento em regime alternado normalmente sinusoidal e de frequ ncia especificada em geral 50Hz lts M xima corrente de pico n o repetitivo maximum peak non repetitive surge current este valor de corrente n o se pode repetir regularmente e n o pode exceder um tempo m ximo de dura o que neste caso foi de 10ms com uma temperatura de jun o de 25 C e sem tens o reaplicada Dimens es em mm Figura 77 Aspecto f sico do d odo testado 62 Anexo V Manual do Utilizador In cio Iniciar programa O utilizador tem no menu In cio a lista do material necess rio para o teste e as indica es para colocar o programa em funcionamento Figura 78 Menu inicial do programa de testes Ap s iniciar surge uma janela a pedir as informa es sobre o utilizador e m dulo a ser testado Prompt Lispmr im Input Figura 79 Janela inicial onde pedido informa es para o teste A escolha por parte do utilizador do m dulo permite ao programa encaminh lo directamente para as montagens correspondentes Ao escolher o 1 o programa ir realizar os testes do A30 enq
27. 0A e Corrente em sobrecarga 560A e Fus veis 2x030A 52 11 2 Disjuntor Principal 1201 Em caso de sobreintensidade o disjuntor principal com um poder de corte de 50kA desliga o sistema de trac o fazendo o isolamento deste da linha O disjuntor constitu do por dois dispositivos de protec o e Protec o contra curto circuitos e Protec o de sobrecorrente A protec o contra curto circuito ajustada para disparar a 3kA Neste caso de protec o supervisionado o tempo da subida da corrente de curto circuito abrindo os contactos num intervalo de tempo entre 3 e ms ap s detec o dessa corrente A protec o de sobrecorrente controlada magneticamente e desliga 20ms ap s ter atingido o valor de ajuste Neste dispositivo o valor de ajuste varia entre os 2kA e os 4kaA Especifica es T cnicas e Corrente nominal 900A 50 C e Poder de corte 50kA para tal existe uma c mara de extin o de arco 1 1 3 Curto circuitador 11X21 11X24 Em caso de um defeito grave no comboio o carril de energia ter de ser desligado da tens o e por sua vez ligado massa 0V Esta opera o realizada pelo curto circuitador que ap s a sua activa o o liga o dispositivo de capta o de corrente ao retorno de corrente 0V Se o comando da subesta o n o puder ser avisado pelo condutor no sentido de desligar a tens o o curto circuitador pode actuar mesmo em carga Essa sua actua o coloca a linha em curto circui
28. 1 Menus Sub menus e passagem autom tica entre eles ittteeeereeeaereeeererenencreeaanreeeaaaes 42 6 4 2 Janelas de Interac o com OUZON saia gas A e a T VD ES 43 6 4 3 Janel de CONtroloO Ge CXECU O qui pad sara pe EEE EO 44 6 4 4 AQUISICOO DE Sind sra seia eso tran Stan coisa Aran a Ab ads ade 45 6 4 5 Relator Oasan E N 46 Zi CONCLUS O E SUGEST ES vesise depi ea aaea er a a a a aa a a aa aa a 49 7 1 CONCLUSA O 2 3a reto podas tata ai nessa das a N a e a Sa Ud a 49 FRA SUGESTOES usares nE N aaa ade a O a a 50 8 BIBLIOGRAFIA sasnaassasio sas Nor ENG EE Soa n an nana ida cosa caca soa DEs Nac a esa nia asa in aca 51 ANEXO SISTEMA DE TRAC O TRAVAGEM CIRCUITO DE POT NCIA cissssssseseeereeeeerseranerrseass 52 kE ESQUEMADE PRINC PIO uiiaios ua dis an iDA atas a ao pis asia an oa tala ao alan usa di sal anal ala ea 52 1 1 1 Coptacoo mecorrente LIX LINA usada io ia Sri STO RSI DU SRI LAS a add 52 E Distuntor Principal 120 ceu praia a a AD O T A AA 53 Lilo Curto circuitagor LIX2 LA ADA ii da OT 53 1 1 4 Filtro de Linha e Outros Componentes do Circuito rr eeeeereeeerree renan ee reraaea cera eeerrananoa 53 ELS Condensacor de inha SAL Campana lo sapiens pa RA A Dea O a DD e a 54 LLG Auto indu ao de dinha ISLA add e E a lida e ea 54 LEZ Diodome potencia SALVO sesta ias Tea aaa san garoa nada eb sia ao O 54 lle Diodo de potencia 13A L V2 sanar ssa a DA AG A LOS a 55 LES Transdulor AAT Denn
29. INSTITUTO SUPERIOR T CNICO fi Conversor de trac o do material circulante ML90 do Metropolitano de Lisboa Bruno da Silva Campos de Assis Paix o Disserta o para a obten o do Grau de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Juri Presidente Prof Paulo Jos da Costa Branco Orientadores Prof Jos Fernando Alves da Silva Vogais Prof Jo o Jos Esteves Santana Eng C ndida Borges Junho de 2010 Agradecimentos Agrade o a todos os que de forma directa ou indirecta me ajudaram na realiza o e conclus o deste trabalho Agrade o a todos os trabalhadores da Sec o de Electr nica e Instrumenta o do Metropolitano de Lisboa E P E pelo acolhimento e disponibilidade de ajuda durante o tempo passado nas instala es e em particular Eng C ndida Borges e ao Eng Jos Pina pela forma como me incentivaram a melhorar o trabalho desenvolvido Agrade o ao professor Fernando Silva pela forma como me foi acompanhando e promovendo a minha vontade de aumentar os conhecimentos e melhorar o trabalho realizado Agrade o aos meus colegas Marco Faustino Filipe Silva e Pedro Frade pela amizade criada ao longo do curso e com isso o esp rito de inter ajuda essencial para a minha melhoria nos estudos e Katila Mendes pela ajuda durante a realiza o do trabalho Agrade o minha namorada Maria In s Marques pela estabilidade que me deu pelo incentivo na melhoria cont nua do me
30. OT oo 7 Como em regime permanente o valor m dio da tens o aos terminais da bobine Li nulo VLiav 0 fica se com 1 T T VLiavy 5 Udt vde 0 Lia lf a 0 8 12 Resolvendo a equa o 8 obt m se Vo gt V U U 1 5 1 6 9 Da equa o 9 e sabendo que o 6 varia no intervalo 10 1 a tens o Vo sempre positiva mas de polaridade contr ria a U O valor m dio da tens o Vo pode teoricamente assumir valores no intervalo 0 o de onde se conclui lt U 0 lt lt 05 Vo SU 54s si 10 O valor m dio da corrente l na carga determina se directamente a partir da equa o do valor m dio da tens o Vo donde resulta 1 6 11 De forma a manter os c lculos o mais simples poss vel s o admitidas perdas nulas nos elementos do circuito GST2 FD2 BT2 Li Co e o rendimento unit rio levando a que a pot ncia debitada pela fonte U P seja igual dissipada na carga P P Po U ly Vo l U I Uav o t0 j5 12 Seguindo a dedu o anterior P P e juntando a informa o das equa es 11 e 12 tem se U amp E A ESSO 13 3 2 4 Determina o dos componentes do conversor Bobine L Analisando o circuito em condu o permanente e supondo que Vo constante e que existe uma vari vel y definida por 1 5GST1 CORTE A FD1 CONDUZ ST lt t lt T Yy 0 gt GST1 CONDUZ FD1 CORTE 0 lt t lt T 14 A equa o diferenc
31. a o das liga es de disparo ou a troca do m dulo A10 o programa permite ao utilizador realizar novamente o teste Se a resposta for novamente N o temos as seguintes janelas e sai do programa Se o utilizador escolher a op o Sim seja na primeira tentativa ou na segunda o m dulo est a receber os sinais de disparo em condi es e pode passar para o teste ao circuito de protec o dos GTO s dando o programa a seguinte informa o 81 Retire as pontas de prova de tens o do m dulo 410 Coloque uma ponta de tens o entre o ponto 3 e 4 do m dulo e coloque a ponta de prova de corrente no ponto 4 do m dulo E h Biia A iiia dito Pimia iei Te hamin fi w O mi sm Eh ARRhad Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa colocar os sinais de tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o dos GTO s seguindo se as janelas Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o dos GTO s Surgem as seguintes janelas O circuito de protec o dos GTO s encontra se avariado Desligue a fonte Testes terminados 82 Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v rias janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o
32. a por ser ben fico para o circuito uma vez que garante uma varia o de corrente mais pequena do que admitido 3 3 3 Determina o do condensador Co Supondo uma varia o de 5 da tens o Vo e atrav s da equa o 23 obt m se ST U 0 662 x 1 250 70 Co I ZSLR AV 1 0 66 x275 0 05 x 140 0 0019 1 9mF No laborat rio do Metropolitano de Lisboa apenas est o dispon veis condensadores de 4 mF e 6mF Mesmo sendo poss vel utilizar o condensador de 4 mF pois j cobria o valor calculado na montagem em teste ser utilizado a configura o de condensadores de 6mF presentes na Figura 18 paralelo da s rie de 2 condensadores de forma a possibilitar um maior aumento da tens o que percorre o circuito sem danificar o material Figura 18 Configura o dos condensadores no circuito 17 3 4 Dimensionamento do conversor CC CC do tipo redutor ampliador Plano Experimental Com o objectivo de fazer aumentar a tens o nos terminais dos semicondutores foi efectuado durante o ensaio varia es aos factores de ciclo calculados anteriormente Deste modo os novos valores ser o o ponto de partida para obter os valores finais de tens es correntes indut ncia L e a do condensador Co bd Oeperimentai 0 85 s O inenim ntai 0 10 A diferen a apresentada entre os valores calculados e os experimentais deve se as diversas simplifica es efectuadas no circuito e Considerar todos os elementos da montagem como sendo
33. a sad aaa a is a 3 2 M DULOS A30 E A40 APRESENTA O E DESCRI O cececeeereereeeererereeereeerenereoreeeosenessanessanerena 4 Zi DESCRI O DOS M DULOS A30 E A40 cccss iss issrssrrscencencrncrnsrns renan enc rn seas as casca n enc an a as as cas can cana near anca so 4 ZI MOGODA U aee E E a A O Da DO au 6a 4 2 1 2 Moquio AMO A ta O 5 2 2 ELEMENTOS NECESS RIOS PARA O CONTROLO DOS SEMICONDUTORES s ssssssssssssesresreserreeresreserereresrrseeseeresreseeseeeene 6 2 2 1 Unidages centrais Ce conto Os pras a a a a A a 6 22 2 Modulo me Gate A LOL arre NE E EEA aan 7 2 2 3 Unidades de conex o dos impulsos actuadores A50 e AGO eeeereeeerereneerreeeereneanoa 7 3 MONTAGEM CC CC REDUTOR AMPLIADOR sesesessecesescesesescecesescecesesoecesescsoesesoscecesoecesesceceseseeoecesceceseeseo 9 Sed SIMPLIFICA ES PARA DIMENSIONAR OS ELEMENTOS DA MONTAGEM REDUTORA AMPLIADORA ccccceseeseesensensenses 9 Sade DIMENSIONAMENTO DO CONVERSOR CC CC DO TIPO REDUTOR AMPLIADOR PLANO TE RICO cecessessereeess 9 3 2 1 Periodo qe funcionamento dos LINIStOreS suspira asia san paella oasis d 10 3 22 Estados do circuito redutor ampliador e rreeerereeeeereneneraa ea reraa ea AEE 10 Estado 1 GTO em condu o com os restantes semicondutores ao corte cieeseerenereranereranareranarenasa 10 Estado 2 D odo condu o com os restantes semicondutores ao corte cereseeeeeeee
34. a tens o aos terminais da bobine VLiav valor m dio da tens o aos terminais da bobine VRoav valor m dio da tens o na resist ncia RO Vrem tens o de porta inversa m xima VRRM m ximo valor de pico repetitivo de tens o inversa 3 0 factor de ciclo duty cycle a raz o entre o tempo de condu o do dispositivo e o seu per odo de funcionamento y fun o do estado de condu o ou corte de um conjunto de semicondutores xii 1 Introdu o 1 1 Enquadramento A tese de mestrado foi realizada nas instala es do Metropolitano de Lisboa E P E no Parque de Material e Oficinal da Pontinha PMOIII utilizando para o efeito o laborat rio e o material existente na Sec o de Electr nica e Instrumenta o O trabalho d continuidade a v rios trabalhos que se iniciaram em 2003 2004 pelo Metropolitano de Lisboa e pelo Instituto Superior T cnico na detec o de avarias nos conversores de pot ncia do material circulante do Metropolitano Mais especificamente este trabalho d continuidade ao trabalho desenvolvido pelo colega Rui Domingues Ensaio de m dulos de pot ncia do conversor trac o do material circulante ML90 do Metropolitano de Lisboa criando um programa de testes para a montagem efectuada A realiza o dos trabalhos tem contado com a orienta o do Professor Fernando Silva da rea cient fica de Energia do Departamento de Engenharia Electrot cnica e de Computadores Instituto Superior T cni
35. aats 42 Figura 62 Blocos para as Janelas Informativas e de Decis o ec si eeeeeeeeeeeeeeeeeerrrrereeaaaannes 43 Figura 63 Bloco para a constru o da Janela de Informa o ccccccs css cc erreereeeereeeeaeaeaaeaaaearaaanareaaaaaaas 43 Figura 64 Janelas L gicas na hip tese TRUE e FALSE ccccccccscceceeeeeeeeeeeeeaeeeaanananananaaananananaaanaaaaata 44 Piedra os Fancia Segue Beidler E E E a TNO 44 Fig ra 66 Pil a dde BOrmMA O uetnao dia r a E NE EE EE ERE E 44 Figura 67 Bloco para aquisi o de sinal e decis o sobre o teste nnnnnnnnoneseeeesseseeeeeeeeeessssssssssserrrrrreesssss 45 Figura 68 Blocos para a cria o do relat rio de testes nssooosooooeeeeeeeessssssssssseerrreeeesssssssssssererrereeessss 46 Figura 69 Blocos para a escolha do nome do ficheiro localiza o e cabe alho rodap 46 Figura 70 Blocos de programa o do programa de teste ccccccccccteeeeeeereeerereeerenenaaaaeaaaaaanananananaaaaaas 48 Figura 71 Esquema do sistema de trac o travagem do material circulante ML9O seeee 52 Figura 72 Actua o do filtro de linha eeee e rerecceereeeeereeeeeeeererrrrrreceee rea eeaaaaeeeaaaaerereresesaanaada 54 Fema Ses nversao de polaridade ss aaa ci dq SG da a da 54 Fiouta 14 Aspecto sico do LO EST CIO ass 2o sigo Teo do fg a di E 58 Figura 75 Evolu o temporal d
36. adinha C ML90 UTILIZA O do NEUMON PARA TESTES DOS M DULOS A10 A40 Ondulador Chopper Contactores e Sinalizadores Recep o Transmiss o de mensagens Metropolitano de Lisboa Julho 2001 Siemens Esquemas electr nicos TCU SIBAS 16 Setembro 2002 Fonseca A A Campos Ensaio de um m dulo de pot ncia do conversor de trac o do material circulante ML95 97 99 do metropolitano de Lisboa Trabalho Final de Curso Instituto Superior T cnico Universidade T cnica de Lisboa 2005 Jesus M Ensaio em bancada dos m dulos A10 A20 A30 e A40 Metropolitano de Lisboa Outubro 2005 10 Silva J F Projecto de Conversores Comutados Instituto Superior T cnico Maio 2006 11 Domingues Rui Alberto Oliveira Ensaio de m dulos de pot ncia do conversor trac o do material circulante ML90 do Metropolitano de Lisboa Instituto Superior T cnico Setembro 2008 12 www ni com labview 51 Anexo Sistema de trac o travagem circuito de pot ncia 1 1 Esquema de princ pio De acordo com o esquema da Figura 71 a alimenta o efectuada a partir do carril de energia com um valor nominal 750V 20 30 O retorno feito atrav s do carril de rolamento que est ao potencial OV A energia absorvida pelo carril ir alimentar os 4 motores trif sicos existentes que se encontram ligados em paralelo 2 EdE z EHE ES Lais ra E i i DEFI e
37. ados 26 Com o objectivo de obter as condi es anteriormente calculadas factor de ciclo do GTO de 85 e factor montagem P e de ciclo do tiristor convencional de 15 foram colocados dois par metros na pt que efectuam o disparo dos semicondutores correspondentes Os valores destas vari veis ter o que ser indicados antes da simula o do circuito 5 2 Ensaio Para os testes avan ados necess rio obter os sinais de disparo dos GTO s Assim utilizada a torre apresentada na sec o 2 2 1 constitu da pelo CCU e o TCU Na Figura 32 podem se ver as liga es TCU ao m dulo de gate A10 atrav s da carta C007 e dos cabos X1 X2 e X3 TCU unidade A50 ou A60 atrav s da carta C023 Unidade A50 ou A60 gate dos tiristores atrav s do cabo presente na Figura 32 6 TCU ao PC do banco de testes Figura 32 b Figura 32 a Cabos que ligam a TCU ao m dulo A10 b Cabo que liga a TCU ao PC c Cabo que liga a unidade A50 aos terminais GK do tiristor convencional d Raquete de liga es dos sinais que entram e saem da TCU e da CCU e TCU f Ficha onde liga a unidade A50 g Cabo que liga a TCU unidade A50 h Ficha que liga carta C007 1 Ficha da carta C023 j Carta onde liga a ficha do cabo para ligar ao PC 27 De forma a verificar se os m dulos de pot ncia A30 ou A40 est o a receber os sinais enviados pela TCU foi criado um programa de testes Esse programa visa o despiste de prob
38. aos terminais do circuito de protec o do Tiristor e 23 Figura 25 Circuito de protec o do Diodo e seu funcionamento nssesseesssssssssesseeeeeeeesssssssssssserrrrrreeeesss 23 Figura 26 Tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do Diodo sssnnnnnnessssssssssseeesereeeesssss 23 Figura 27 Montagem cc cc redutora ampliadora com o m dulo A30 e respectivos circuitos de protec o 24 Figura 28 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A30 Testes r pidos 0000000000000000000000 25 Figura 29 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A30 Testes avan ados 26 Figura 30 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A40 Testes r pidos 0000000000000000000000 26 Figura 31 Esquema da simula o em Matlab Simulink para o A40 Testes Avan ados 26 Figura 32 a Cabos que ligam a TCU ao m dulo A10 b Cabo que liga a TCU ao PC 2 Figura 33 Tens o Vf e corrente If no ensaio e na simula o ssooonsseeeseesssssssssssseerrreeeesssssssssssererrrreeesssss 28 Figura 34 Tens o VGK do GST2 Tens o VGK do GST2 sssssseeseeeeessssssssssssserrrreeeesssssssssssererrrreeesssss 29 Figura 35 Corrente nos GTO s Diodo ao corte e Tiristor ccccccccceeceeeeeeeeeeeeeeaeaeaeaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaats 29 Figura 36 Cormente no Diodo a condu
39. ara os GTO s e o diodo principal o programa cessa o envio de sinais Para voltar a disparar os semicondutores sem ter que sair do programa efectuar os passos 7 e 8 Quando o programa deixar de ser necess rio dever efectuar os seguintes passos 10 Escrever Exit seguido de Enter 11 Fechar o Hyper Terminal 91 Relat rio Quando o programa chega ao fim dos testes em caso de sucesso ou apresenta uma avaria num dos testes efectuados aparece uma janela a dar a localiza o do ficheiro que criado com o relat rio do teste para que este seja posteriormente impresso O nome do ficheiro vem no formato referenciamodulo data de forma a permitir novo teste ao m dulo em caso de nova avaria sem que o relat rio seja gravado por cima do anterior O relat rio Foi guardado em C Documents and Settings ibancoijDesktopi Tese BPiRelat rios referenciamodulo data 02 04 2010 hkml Relat rio de Testes M dulo A30 Nome do Utilizador Bruno Paix o 18 02 2010 23 13 Refer ncia do M dulo Teste TESTES R FIDOS BIOMA ssasucbssadai suas ess EssbdsC sd ada dE Com Sucesso RO soss dbdcorlbadEE LDU SL dAn dass Com Sucesso SD assis dados PudodidaiLraca Com Sucesso TESTES AVAN ADOS Disparo dos 6T0 5 cccciccemeeos e Sa RRRES Com Sucesso Circuito de Prote o dos GTO s Com Sucesso Circuito de Prote o do Diodo Com Sucesso Circuito de Prote o do Tiristor Co
40. argura do impulso vai sendo ajustada em rela o ao ponto de funcionamento do motor e tens o de linha sendo a frequ ncia do impulso constante Em modo de trac o o fluxo de energia segue no sentido da linha para o circuito interm dio bobine de alisamento enquanto no modo de travagem com regenera o o fluxo segue no sentido do circuito interm dio para a linha Num conversor do tipo cc cc de dois quadrantes existem dois tiristores tipo GTO permitindo assim uma transi o suave na passagem do modo de trac o para o modo de travagem dado n o existir nenhum cont ctor I 3 Conversor cc cc de travagem BT1 BT2 m dulos A30 e A40 Quando a carruagem se encontra em modo de travagem usada de prefer ncia a travagem regenerativa Neste tipo de travagem a tens o da linha aumenta e no caso de se atingir a tens o m xima o conversor de travagem activada travagem reost tica 55 O conversor de travagem consiste apenas num tiristor e numa resist ncia O tiristor ligado pela unidade de controlo e desligado pela comuta o do conversor cc cc principal A energia de travagem dissipada na resist ncia de travagem 17R1 Se a linha tiver capacidade para aceitar toda a energia de travagem o conversor cc cc de travagem n o activado Uma situa o h brida de travagem reost tica e regenerativa garante que enviada para a linha a m xima energia poss vel 1 4 Circuito interm dio 14L1 Num ondulador alimentado por u
41. as correntes e tens es aos terminais de um tiristor GTO 59 Figura 76 Aspecto f sico do Tiristor convencional testado sr iieeeeeeeeeeeeeeeeeeerrrerrreaaananes 61 Figura 77 Aspecto f sico do diodo testado az sarada saiu isa one Copa E Ga a DE Sata add 62 Figura 78 Menu inicial do programa de testes cccccccccceeerereeeeererereranararanaaaaaaaaaaaaaaaanaaaaaaaaaaaaaaaanaaaaaas 63 Figura 79 Janela inicial onde pedido informa es para o teste cccccccssccereeeereeeeeeeereeaaeaananananaaaaaaaas 63 viii Figura 80 Relat rio do programa de testes Lista de Tabelas Tabela 1 Caracter sticas t cnicas do GTO TOSHIBA SG3000GXH24 aaen 57 Tabela 2 Caracter sticas t cnicas do tiristor convencional SIEMENS BStR63133 61 Tabela 3 Caracter sticas t cnicas do d odo SIEMENS SSIR67110 62 Lista de Abreviaturas A nodo BT1 2 tiristor convencional M dulo A30 A40 C0 C condensador CCU unidade central de controlo Central Control Unit CC CC corrente cont nua corrente continua CH canal Channel D1 2 d odo DC corrente cont nua Direct Current FD1 2 d odo M dulo A30 A40 G terminal de porta Gate GST1 2 tiristor de corte comandado pela porta Gate Turn Off Thyristor K c todo Li bobine m x m ximo min m nimo PC computador pessoal Perso
42. as janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o Sim na pergunta sobre o sinal do teste o m dulo passou com sucesso os testes ao circuito de protec o do d odo seguindo a informa o Mude a ponta de prova de corrente e de tens o do ponto 2 para o ponto do m dulo Coloque o amplificador de tens o nos 208 fdiy e calibre nos O em Di lie E leen bema me A E Epa Pesnya Aa l Dgs Pesas ie dio d o Eps ibuqdos gos d o pmi Dir SO Md o had wee i e imf ii aSbesnhRh 73 Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa ir colocar os sinais de tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o do tiristor nos gr ficos direita Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o do tiristor apresentando as seguintes janelas O circuito de protec o do tiristor encontra se avariado Desligue a fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v rias janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o Sim na pergunta sobre o sinal do teste o
43. assa os 350V apresentando se com um valor aproximadamente de 380V quando estes se encontram ao corte Essa tens o sempre positiva do nodo para o c todo e resulta da soma da tens o da fonte V com a tens o de sa da Vo Este tens o na montagem actual poder ser ultrapassado pode chegar a aproximadamente 430V mas por uma quest o de seguran a do equipamento optou se por realizar os testes a uma tens o mais baixa Pode se observar uma vez mais a semelhan a dos sinais entre os ensaios e as simula es voltando a notar a pequena diferen a de valores CH1 100 1 0 100kUzdiv DC Full CH4 1 1 20 0mVzdiv DC Full Edge CH1 F puto 0 127kU 53 54 55 5 6 ERNER 1 97 Figura 37 Tens o aos terminais dos GTO s V3 4 e corrente do ponto 4 do m dulo A Figura 38 apresenta a tens o aos terminais do d odo FD2 e a corrente no ponto 2 do m dulo Pela figura pode se ver que a tens o id ntica dos terminais dos GTO s de uma forma inversa apresentando os 380V entre o c todo e o nodo A corrente no ponto 2 do m dulo quase na sua totalidade a que passa pelo d odo Quando o d odo entra em condu o a corrente apresenta o valor de 14A diminuindo constantemente at ao valor de 10A antes de passar ao corte onde toma o valor de OA O pico de corrente de 180A apresentado na Figura 38 deve se descarga dos 30 condensadores C3 e C4 A queda brusca de corrente que observada durante o interval
44. ca hesien a sandes R ne biss atas essi nos i alo sds saia ie iEs an ando 29 Figura 37 Tens o aos terminais dos GTO s V3 4 e corrente do ponto 4 do m dulo cccccttttt 30 Figura 38 Tens o aos terminais do d odo V3 2 e corrente no ponto 2 do m dulo cccccctittee 31 Figura 39 Tens o e corrente aos terminais dos GTO s circuito de protec o em circuito aberto 32 vii Figura 40 Tens o e corrente aos terminais dos GTO s circuito de protec o em curto circuito 32 Figura 41 Tens o e corrente aos terminais do diodo circuito de protec o em circuito aberto 32 Figura 42 Tens o e corrente aos terminais do diodo circuito de protec o em curto circuito 32 Figura 43 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em circuito aberto 33 Figura 44 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em curto circuito 33 Figura 45 Corrente nos GTO s Diodo ao corte e Tiristor cccccccccceeeeeeereeeeeeeeeraaeaeaaaaaaaananananananaaaanas 33 Figura 46 Corrente no Diodo condu o asa issainasasekseposdnasUasl ais enbSbainaCEs ek seno sSbaSEUCl asas anh a soaSnaCas o ks sds shas Ta sa a 34 Figura 47 Tens o aos terminais dos GTO s V3 4 e corrente do ponto 4 do m dulo cc cccccttti 34 Figura 48 Tens o aos term
45. cionamento dos dois tiristores GTO a funcionar cada um com uma frequ ncia de 125Hz desfasados de 180 3 3 1 C lculo do factor de ciclo do tiristor GTO A fonte dispon vel para os testes debita 10A A presen a do condensador de linha C no circuito permite que a tens o se mantenha quando a corrente pedida fonte maior que 10A 15 fornecendo a corrente adicional e fazendo com que a pot ncia m xima da fonte seja aproveitada ou seja que lua 10 e U 70 Em rela o s resist ncias foram seleccionadas as de maior valor para o R de forma a se obter as menores correntes poss veis criando assim tens es mais elevadas na carga obtendo uma pot ncia de 700W Com a chegada de novas resist ncias 1800 e 1500 ao laborat rio obtiveram se os valores de R 1800 1500 3300 e R 300 Partindo dos dados anteriores e das equa es 11 e 12 para determinar o factor de ciclo do GTO 6 tem se 2 2 se lu gt et0 Se 155 5 0 66 E ee A Ro Sa NO Atrav s do resultado anterior e da equa o 10 pode se calcular a tens o de sa da O 0 66 ei E eso 1 0 66 70 140V De forma a que os restantes semicondutores do circuito tenham tempo de condu o o factor de ciclo do tiristor convencional escolhido como sendo metade do per odo deixado pelo GTO ou seja 0 1 8 2 0 17 O d odo FD2 vai conduzir no intervalo T lt t lt sT enquanto que o tiristor convencional BT2 conduz no intervalo de 1 0 Tst l
46. co e o acompanhamento nas instala es do Metropolitano de Lisboa da Engenheira C ndida Borges da Sec o de Electr nica e Instrumenta o do Metropolitano de Lisboa 1 2 Motiva o A motiva o para a realiza o deste trabalho do ponto de vista da empresa prende se com a poss vel redu o do n mero de equipamentos a enviar para o laborat rio do fabricante Siemens na Alemanha para a sua repara o Para tal s o projectados e criados sistemas de teste para os v rios equipamentos das carruagens ML90 de forma a equipar a Sec o de Electr nica e Instrumenta o do Metropolitano de Lisboa de meios que permitam efectuar um diagn stico r pido de avarias Para o estudante a motiva o na realiza o do trabalho reside no facto deste permitir o contacto com uma empresa com forte componente tecnol gica podendo assim aplicar na pr tica os conhecimentos te ricos obtidos ao longo da forma o acad mica desenvolvendo um projecto que ter benef cios para a empresa em quest o 1 3 Objectivos Neste trabalho pretende se desenvolver um programa de testes para os m dulos de pot ncia A30 e A40 do conversor de trac o das carruagens da s rie ML90 O objectivo do programa verificar se os m dulos apresentam um funcionamento correcto e caso contr rio determinar os componentes que est o a causar a avaria Os objectivos ser o alcan ados com a realiza o dos seguintes passos Estudar atrav s de simula o
47. corrente da bobine seja dividida pelos dois semicondutores CH1 100 1 8 100kV divy DC Full CH4 1 1 56 0mV divy DC Full Edge CH1 F nuto 0 208kU 53 54 55 6 20 LS 134 136 196 197 1 1 1 1m itz 1m3 Figura 48 Tens o aos terminais do d odo V3 2 e corrente no ponto 2 do m dulo 5 3 4 3 Avarias Apesar de n o poder ser confirmado os resultados das simula es seguintes devido ao facto de n o se poder abrir os m dulos de pot ncia A30 e A40 foram efectuadas simula es para as avarias de curto circuito e circuito aberto para os circuitos de protec o dos GTO s diodo e tiristor As simula es poder o dar uma ideia de que sinais se pode encontrar no caso de uma destas avarias acontecer no m dulo em teste e serviram de base para os despistes efectuados no programa de testes para a obten o da causa da avaria Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o dos GTO s quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 49 e quando se encontra em curto circuito na Figura 50 Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o do d odo quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 51 e quando se encontra em curto circuito na Figura 52 35 Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o do tiristor quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 53 e quando se encontra em curto circuito na Figura 54 Figura 52 Tens
48. do do teste rr Epa T r U e sn Desligue a fonte E ES e Instrument TH Diodo FD Assistanto mm E t Fr m Fr m W t k l 02 22103 ANa 2 030 722 2 2203 7 7 blockData Mm error in ro O sinal apresenta ERA Figura 67 Bloco para aquisi o de sinal e decis o sobre o teste Observando a Figura 67 o rect ngulo vermelho o bloco onde programada a aquisi o do sinal O bloco estabelece a liga o com o oscilosc pio atrav s de GPIB podendo assim enviar ordens para o mesmo garantindo que o sinal capturado nas condi es que se pretendem para cada teste Algumas funcionalidades utilizadas pelo programa s o e Selec o da base de tempo e Selec o da escala de tens o e Ajuste da posi o vertical E alguns dos c digos utilizados foram e ASETUP EXECUTE faz a selec o da base de tempo e escala de tens o autom tica para todos os sinais e STOP faz a paragem dos sinais no oscilosc pio O rect ngulo a laranja serve como compasso de espera para que a aquisi o do sinal esteja completa antes que a pergunta sobre o teste rect ngulo a verde seja efectuada A azul est o representadas as codifica es para as duas respostas poss veis Na hip tese de a resposta ser verdadeira Rect ngulo TRUE o programa apresenta apenas uma janela informativa a indicar que o programa ser fechado e se for falsa Rect ngulo FALSE o programa apresenta outras janelas informat
49. e ao m dulo Testes R pidos Testes R pidos M dulo A40 M dulo A30 Testes Avan ados Testes Avan ados M dulo A40 M dulo A30 Fim Figura 55 Fluxograma Geral do Programa de Testes Ap s iniciar o programa o utilizador ter que dar indica es sobre si e sobre o m dulo A escolha do m dulo a testar ser efectuada numericamente ou seja a resposta 1 M dulo A30 e 2 M dulo A40 No caso de a resposta ser diferente de um destes valores o programa terminado automaticamente Em cada um dos m dulos s o efectuados testes r pidos e testes avan ados caso n o seja detectada uma avaria nos testes anteriores que estar o esquematizados nos pr ximos fluxogramas Os testes ao m dulo A30 ou ao m dulo A40 s o iguais pelo que se apresentam apenas os fluxogramas detalhados de um dos m dulos tomando como exemplo para demonstra o dos testes o m dulo A30 38 6 2 Testes R pidos Fluxograma Na Figura 56 apresenta se o fluxograma dos testes r pidos Como se pode observar no fluxograma a cada teste efectuado se houver uma avaria n o poss vel continuar com os testes de forma a n o degradar os restantes componentes do m dulo As altera es da montagem inicial prendem se com a troca do ponto de liga o da resist ncia ao m dulo sendo por isso indicado a altera o desse ponto atrav s de uma mensagem autom tica fornecida pelo programa Montagens R pidas Testes com Sucesso
50. ens o sempre positiva do nodo para o c todo e resulta da soma da tens o da fonte V com a tens o de sa da Vo Este tens o na montagem actual poder ser ultrapassado pode chegar a aproximadamente 430V mas por uma quest o de seguran a do equipamento optou se por realizar os testes a uma tens o mais baixa Pode se observar uma vez mais a semelhan a dos sinais entre os ensaios e as simula es voltando a notar a pequena diferen a de valores CH1 100 1 6 100kV d iu DC Full CH4 1 1 10 0mV div DC Full Edge CH1 F puto PR cc RR e q Rd g 174kU S3 4 S5 6 Ta RE wW E A Figura 47 Tens o aos terminais dos GTO s V3 4 e corrente do ponto 4 do m dulo 34 A Figura 48 apresenta a tens o aos terminais do d odo FD2 e a corrente no ponto 2 do m dulo Pela figura pode se ver que a tens o id ntica dos terminais dos GTO s de uma forma inversa apresentando os 380V entre o c todo e o nodo A corrente no ponto 2 do m dulo quase na sua totalidade a que passa pelo d odo Quando o d odo entra em condu o a corrente apresenta o valor de 14A diminuindo constantemente at ao valor de 10A antes de passar ao corte onde toma o valor de OA O pico de corrente de 180A apresentado na Figura 48 deve se descarga dos condensadores C3 e C4 A queda brusca de corrente que observada durante o intervalo de condu o do diodo resulta da passagem condu o do tiristor BT2 fazendo com que a
51. epende essencialmente da taxa de varia o da tens o directa nodo c todo dVa dt e decresce quando este par metro aumenta O valor de Ir o decresce ainda com o aumento da temperatura do semicondutor 1 2 3 Limita es em pot ncia e temperatura de funcionamento A temperatura de jun o nos tiristores GTO limitada a 125 C para minimizar a ocorr ncia do fen meno do embalamento t rmico 1 2 4 Limita es do terminal de comando Porta Para permitir o dimensionamento do circuito de comando de modo a tirar partido do tiristor GTO sem o danificar ou mesmo p r em risco s o indicadas como caracter sticas m ximas e m dias para a porta Pro m dia Pot ncia m dia admiss vel na porta polarizada directamente ltem M xima corrente de pico admiss vel na porta polarizada directamente Pre m dia Pot ncia m dia admiss vel na porta polarizada inversamente Vrem Tens o inversa m xima admiss vel na porta Este valor situa se entre 10V e 20V para a maior parte dos tiristores GTO 1 2 5 Limita o em dvaw at O tiristor GTO apresenta um limite m ximo para a taxa de crescimento da tens o aos seus terminais os construtores fornecem um diagrama onde indicam o valor admiss vel de dva dt em fun o da corrente que se pretende cortar para diferentes valores de temperaturas de jun o e para uma dada tens o inversa na porta 60 Anexo Ill Caracter sticas dos tiristores BT Os tiristores convencionais q
52. era es permitiram uma passagem para um valor interm dio sendo que nos testes anteriores tinha se 250V e agora poss vel atingir acima dos 400V ficando mais perto dos 750V encontrados na rede Simultaneamente desenvolveu se um Manual do Utilizador para orientar um t cnico no desenrolar do programa indicando qual a ordem dos testes que o programa deveria seguir e o que o t cnico deve encontrar em qualquer altura do programa O programa de testes foi concebido de forma a dar um relat rio dos testes para ser uma ajuda no despiste caso esteja avariado ou uma forma de comprovar que se encontra com um funcionamento correcto Resumindo as contribui es importantes do programa de testes de avarias dos m dulos de pot ncia A30 e A40 do conversor de trac o constru do s o e A possibilidade de testar e diagnosticar avarias nos m dulos de gate A10 evitando em caso de bom estado o seu envio para a Siemens Alemanha e A possibilidade de detectar avarias nos m dulos A30 e A40 evitando o seu envio para a Siemens Alemanha sem avaria e possibilidade de efectuar o teste aos m dulos A10 A30 e A40 de uma forma mais autom tica permitindo poupar tempo e Cria o de um relat rio com o resultado dos testes 49 7 2 Sugest es mesmo De seguida apresentam se algumas sugest es ora para o programa ora para o uso do Obter um conversor que permita elevar a tens o e a corrente a que os semicondutores do m dulo est o sujeito
53. feito Para ultrapassar as limita es existentes no laborat rio foi usada uma tipologia do tipo redutor ampliador permitindo criar correntes e tens es mais pr ximas das encontradas pelos m dulos nas suas montagens originais O programa criado para a realiza o dos testes encontrados atrav s dos diversos ensaios e simula es foi produzido em LabView e tentou ser o mais autom tico poss vel tornando assim os testes aos m dulos mais eficientes Palavras chave Conversor cc cc Conversor de trac o Programa de Testes M dulos Abstract The aim of this study was the equipment of central control and traction motor ML90 carriages belonging to the Metropolitano de Lisboa E P E to establish a testing program This program aims to equip the laboratory of the Section of Electronics and Instrumentation of a tool able to evade damage to the converter main modules Module A10 Module A30 and Module A40 The solution developed uses as a signal generator to the command module port of the GTO thyristor the control unit of traction motor The test is done using an existing program produced by the manufacturer Siemens using a Hyper Terminal adapted to control a power converter module separately To anticipate the results that would be obtained were created models of the modules of the converter dc dc in Matlab Simulink and conducted tests on normal and typical failures to examine the operating characteristics when the
54. fico capturado aparecendo a seguinte janela Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta o diodo avariado Desligue a fonte Testes terminados Ao carregar no segundo bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado do d odo em corte aparecendo a seguinte janela 77 Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta o diodo avariado Desligue a Fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso nos testes ao d odo seguindo informa o para o teste seguinte Mude o terminal negativo da Fonte e a ponta de corrente do ponto 2 para o ponto do m dulo Ligue a Fonte DFi RE o dd lim RA Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado aparecendo a seguinte janela 78 Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta o tiristor avariado Desligue a Fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso no teste ao tiristor terminando
55. ial que descreve a din mica temporal da corrente i t pode ser escrita diti _ Q Y U Y Vo dt Li 15 Ao integrar a equa o 15 e conjugando com a vari vel y 14 obt m se a solu o 13 1 y U V C De E E ult Li Li 16 Onde iu yt n representa o valor inicial em cada subintervalo Figura 16 Formas de onda ideais do conversor redutor ampliador Atrav s da Figura 16 10 pode se verificar que a corrente iu em t ton iLi ton lLim x sofreu um acr scimo Ai em rela o corrente i yton ILimin que de acordo com 16 quando y 0 se tem Ai ne va E wal Pr P 1 0 Udt Vodt p ER 17 Pode se calcular O limin Itim x Subtraindo somando a lay metade da varia o total da corrente Ai O valor de luiy pode ser obtido atrav s da aplica o da lei dos n s s correntes em valores m dios do n do nodo de FD1 sabendo que o valor m dio da corrente Icoav No condensador nulo pois Vo admite se constante lb U 0 lkiav lUa lo log tlo 5725 TR 06y 18 Ent o para i t fun o do estado dos dispositivos semicondutores de pot ncia do circuito suposta sempre positiva obt m se a express o RC a y U TE 2 1 8T O tga a tD tpg t Cro Da 19 As equa es 5 e 19 vi e ij respectivamente encontram se representadas na Figura 16 bem como a tens o vo Como esta ltima n o ser rigorosamente constante a corrente l t n o
56. icondutores Em cada estado ser indicado a malha do circuito que est em funcionamento e retirar as f rmulas poss veis para os c lculos que s o necess rios efectuar Estado 1 GTO em condu o com os restantes semicondutores ao corte Na Figura 12 pode se observar o esquema do redutor ampliador com o GTO em condu o no intervalo Osts T Para uma melhor percep o do circuito os semicondutores ideais s o representados por interruptores Figura 12 Circuito redutor ampliador com o d odo e tiristor ao corte e o GTO em condu o 10 Observando a malha a vermelho da Figura 12 verifica se que para o regime permanente e n o lacunar tem se 1 Estado 2 D odo condu o com os restantes semicondutores ao corte A Figura 13 esquematiza o momento em que o diodo se encontra em condu o e o GTO e tiristor convencional encontram se ao corte Este caso acontece no intervalo T lt t lt 1 0 T Figura 13 Circuito redutor ampliador com d odo em condu o e os restantes semicondutores ao corte Novamente observando a malha a vermelho da Figura 13 pode se verificar que para o regime permanente tem se VLi VO 2 Como AVo lt lt Vo temos que a tens o aos terminais da carga Vo ficando Vui Vo 3 Estado 3 D odo e tiristor convencional condu o com GTO ao corte No intervalo 1 0 T lt t lt T o circuito redutor ampliador apresenta o d odo e o tiristor convencional
57. inais do d odo V3 2 e corrente no ponto 2 do m dulo cccccitttte 35 Figura 49 Tens o e corrente aos terminais dos GTO s circuito de protec o em circuito aberto 36 Figura 50 Tens o e corrente aos terminais dos GTO s circuito de protec o em curto circuito 36 Figura 51 Tens o e corrente aos terminais do d odo circuito de protec o em circuito aberto 36 Figura 52 Tens o e corrente aos terminais do diodo circuito de protec o em curto circuito 36 Figura 53 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em circuito aberto 37 Figura 54 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em curto circuito 37 Fig r 55 Fluxograma Geraldo Programa de Testes noiro a E dada dad nara qui E a 38 Fig ra 36 Fluxograma Testes R pidos orinrori oe EA E PRniaRals a mada 39 Figura S Fluxograma Testes Avan ados nacii E EE E Qd ag 40 Figura 58 Janela do Diagrama de Blocos do LabVIEW ssssssssssssssssseseeeeessssssssssssssrereeeesssssssssssererreeeeessssss 41 Figura 59 Janela do Painel Frontal do LabVIEW er rrrrrrrreeeeeeeeaaaaaaaeaaaeerrrerrerarnnanea 42 Figura 60 Blocos que permitem a cria o dos menus do programa de testes 42 Figura 61 Blocos que permitem passagem autom tica entre menus cccccccccceeeereeererererereraraeanaraaana
58. invertida quando existe travagem e 13A1 K1 encontra se avariado Esta situa o poderia destruir as resist ncias R102 e R103 1 9 Transdutor 4471 Transdutor de corrente para supervis o de 50Hz 1 1 10 Conversor de Trac o 1441 Para ser poss vel a utiliza o dos motores ass ncronos trif sicos numa alimenta o DC corrente cont nua necess rio efectuar a convers o da corrente continua em corrente alternada trif sica durante o per odo de trac o e inversamente durante o per odo de travagem O aparelho utilizado para conseguir esta convers o designado de conversor de trac o Este conversor compreende e Conversor cc cc de dois quadrantes no lado da entrada GST1 GST2 M dulos A30 e A40 e Ondulador no lado da sa da 14A1 WR M dulos A10 e A20 O conversor cc cc fornece corrente a um circuito interm dio constitu do por uma bobine de alisamento 14L1 corrente impressa de um modo controlado em cadeia fechada que por sua vez estabelece uma fonte de corrente O ondulador ligado sa da do conversor cc cc tem como fun o distribuir ciclicamente a corrente impressa aos enrolamentos dos motores de trac o Desta forma gera se o sistema trif sico de correntes alternadas de valor eficaz e frequ ncia vari veis I 2 Conversor cc cc principal GST1 GST2 m dulos A30 e A40 O conversor cc cc principal chopper principal controla a corrente interm dia em modo PWM Utilizando esta forma de modula o a l
59. is N 55 RETO Conversorage Iracego 1AAT aona a a da ENE EOT 55 1 2 CONVERSOR CC CC PRINCIPAL GST1 GST2 M DULOS A30 E A40 cccssssss rsrsr rerrrreeerereeeada 55 1 3 CONVERSOR CC CC DE TRAVAGEM BT 1 BT2 M DULOS A30 E A40 sssssssessseeesessrrrrrrrrrrrrrereesessssrrrrrrrrrrrrreeeesss 55 hd CIRCUITO INTERMEDIQU A Le a a a 56 L5 ONDULADOR DE CORRENTEIMPRESSA WR cusonstasaa santas reias La dus iara TE AN CrS canal edad ais instead isa 56 ANEXO II CARACTER STICAS DOS TIRISTORES GTO GST onseeeooeeeesoeesssoesssooesssoessssoessssosssssossssoessssoessssossse 57 1 1 CARACTER STICAS EST TICAS E DIN MICAS DO TERMINAL DE COMANDO DE PORTA s ssssssssssersserssersserssersseresersseresee 58 1 2 CARACTERISTICAS LINE sa saias Sata ae O ai io 59 1 2 1 Limita es em tens o an dica Tens es m ximas ciiieerrreeeererereeenerrrreeeaereranenrrreaeeanerrenanao 59 1 2 2 Limita es em corrente Correntes m ximas eeteeeeereeeeeerrrraeencereeaeeaerereeeacereraeenaerrranaao 60 1 2 3 Limita es em pot ncia e temperatura de funcionamento sseoosseneesseereesseereesserresssereesseeressse 60 1 2 4 Limita es do terminal de comando Porta seeeeesseeeeesreneesreereesrerreesrereessrereesrrrreesrrrressrrreeesrrreesse 60 25 Limita o em Va OU ini a oia aci ia aces Da CD a da Du pan 60 ANEXO III CARACTER STICAS DOS TIRISTORES BT n seoooeeeeooesesooesssoessssossssoeesssoessssoessssoess
60. ivas referentes ao teste seguinte e ap s a ltima janela a codifica o para a passagem autom tica para o teste seguinte 45 6 4 5 Relat rio Com o objectivo de criar um relat rio onde fique toda a informa o dos testes informando dos resultados dos testes e da avaria no caso de estar avariado foram criadas vari veis que s o inicializadas como Teste n o efectuado e v o sendo actualizadas com Com Sucesso ou Sem Sucesso conforme o resultado do teste Na Figura 68 pode se observar os blocos para a cria o do relat rio e na Figura 69 os blocos para a indica o do local onde o relat rio guardado o nome do relat rio e o cabe alho rodap do relat rio Na Figura 80 Anexo V pode se ver um exemplo de um relat rio criado pelo programa A i S S B E E i mil O ma be a ammm mee Do E a Loes mee r S ss Figura 68 Blocos para a cria o do relat rio de testes E EEEE EE EEEE EEEE EEEE EEEE EEEE EEE E Documents E Settings T A Tese n imprimir relatorio Figura 69 Blocos para a escolha do nome do ficheiro localiza o e cabe alho rodap 46 Nesta figura pode se observar como na Figura 67 com o bot o OK que o relat rio s criado ap s a vari vel imprimir relat rio ser 1 a n vel l gico Ap s isso acontecer o relat rio criado na Figura 68 entra neste bloco i
61. ja 250Hz Esta simplifica o como se poder ver nos c lculos futuros ir tornar o estudo do circuito mais intuitivo sendo os resultados mais f ceis de se obter 3 2 1 Per odo de funcionamento dos tiristores Nos m dulos em estudo podemos encontrar dois tipos diferentes de tiristores os convencionais e os GTO s que ter o um per odo de funcionamento diferente no funcionamento do mesmo Partindo do funcionamento do GTO e come ando em t 0 temos que o GTO posto em condu o no inicio dos tempos e durante ton sendo passado ao corte na restante parte do per odo O factor de ciclo inerente a este funcionamento de 5 ton T com uma frequ ncia fpym 1 T No caso do tiristor convencional temos que de t 0 at t em que T lt t lt T este encontra se ao corte entrando em condu o a partir do instante t t at t T estando em condu o durante t on OU seja com factor de ciclo 0 ton T Assim e considerando as simplifica es indicadas a usar no estudo temos que os intervalos de condu o e corte s o GTO e Conduzde O lt t lt T e Corta de T lt t lt T Tiristor convencional e Corta de O lt t lt 1 0 T e Conduz de 1 0 T lt t lt T 3 2 2 Estados do circuito redutor ampliador De forma a calcular os valores dos componentes do circuito redutor ampliador s o efectuadas as v rias hip teses estados de funcionamento que o circuito pode ter conforme o estado de condu o ou corte em que se encontram os sem
62. lemas avarias no A10 por exemplo que surjam na obten o dos sinais evitando que os m dulos de pot ncia sejam enviados para os laborat rios do fornecedor sem que estejam realmente avariados Os passos e comandos necess rios para efectuar o teste dos m dulos s o depois de todas as liga es efectuadas descritos no manual do utilizador Capitulo 6 5 3 Resultados Simula o e Ensaio Com os resultados das simula es efectuadas nos circuitos nas Figuras 28 a 31 e com os dados dos ensaios realizados aos m dulos A30 e A40 no laborat rio pode se comparar os resultados para perceber de que forma de aproxima o modelo de simula es Ir o ser apresentados OS Sinais comuns aos dois m dulos e de seguida os sinais de cada teste 5 3 1 Fonte de tens o CH1 100 1 20 0 V diy DC Full CH4 1 1 o 00mV d iu DC Full Edge CH4 futo 9 80my 53 54 55 5 6 Figura 33 Tens o Vf e corrente If no ensaio e na simula o Na Figura 33 observa se a tens o e a corrente aplicada ao circuito redutor ampliador sendo a primeira de 70V e a segunda de aproximadamente 17A Enquanto a tens o apresenta se cont nua a corrente apresenta um formato trapezoidal com picos derivados das descargas dos condensadores de protec o existentes nos circuitos Capitulo 4 Este fen meno tem origem na descarga dos condensadores C1 e C2 no momento que cada um dos GTOs entra em condu o de cerca de 150A transit rio efectuado a apr
63. m dulo passou com sucesso os testes avan ados apresentando as seguintes janelas 74 M dulo A40 Montagem Testes R pidos No submenu M dulo A40 do menu Montagens encontra se a montagem a realizar para os testes r pidos e para os testes avan ados Ao carregar no bot o Testes o programa passa para o menu M dulo A30 submenu Testes R pidos colocando o utilizador no 1 dos 3 testes a realizar Testes R pidos Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado aparecendo a seguinte janela 75 Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta ots GTO s avariados Desligue a fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso no teste aos GTO s seguindo se a informa o para as altera es necess rias para efectuar o teste seguinte Mude o terminal negativo da Fonte e a ponta de corrente do ponto 4 para o ponto 2 do m dulo Ligue a Fonte psd o Cipa T RE E 76 Nos testes ao FD1 o utilizador testa o diodo em condu o e ao corte seguindo para isso a ordem de cima para baixo nos testes indicados Ao carregar no bot o Capturar Sinal dos testes de condu o o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para o gr
64. m Sucesso AVARIAS M dulo sem avarias Metropolitano de Lisboa EPE Figura 80 Relat rio do programa de testes 92
65. ma fonte de corrente a corrente do circuito interm dio flui sempre com o mesmo sentido Essa tens o muda de polaridade quando se passa do modo trac o para o modo de travagem ou vice versa 1 5 Ondulador de corrente impressa WR Os motores de trac o s o alimentados atrav s do ondulador WR com uma corrente de frequ ncia vari vel controlada pelo conversor cc cc principal O ondulado constitu do por tr s bra os cada um ligado as tr s fases R S T U V W incluindo em cada bra o dois tiristores e dois d odos e entre cada dois bra os condensadores de comuta o O ondulador tem como sua fun o transformar a corrente do circuito interm dio corrente continua lp num sistema trif sico de tr s correntes sim tricas lu ly Iw desfasadas de 120 e de frequ ncia vari vel Para que esta transforma o seja conseguida necess rio fazer a liga o simult nea de dois terminais do motor ao circuito interm dio Essas duas fases envolvidas na corrente de condu o s o comutadas seis vezes em cada ciclo da frequ ncia fundamental frequ ncia essa que dada pela unidade de controlo TCU Deste modo o ondulador fornece ao motor correntes do tipo rectangular com dois blocos de 120 em cada ciclo A comuta o da corrente entre fases inicializada pela igni o do tiristor seguinte A corrente do tiristor que acabou de conduzir tem uma varia o muito r pida at situa o em que o tiristor bloquead
66. nal Computer PWM modula o de largura de impulso Pulse Width Modulation RO R RD resist ncia RMS valor quadr tico m dio ou valor eficaz Root Mean Square TCU Unidade de Controlo de Trac o Traction Control Unit U fonte z ngulo em graus el ctricos ex 45 Lista de S mbolos C 1 Zna valor da capacidade do um condensador f frequ ncia fPwm frequ ncia de opera o de dispositivos semicondutores de pot ncia corrente lo corrente m dia na carga Icoav valor m dio da corrente no condensador IL valor instant neo da corrente lLiav valor m dio da corrente na bobine FERE valor m ximo da corrente em Li l imin valor m nimo da corrente em Li IFcM corrente de porta admiss vel directa Ircom valor m ximo de pico da corrente directa bloque vel pela porta Irocm corrente de pico ao corte lTRMS valor eficaz de pico de corrente Irsm valor eficaz de pico de corrente n o repetitivo IUav corrente m dia na fonte caracter stica de choque t rmico Li indut ncia da bobine Po pot ncia entregue a carga Pro m dio pot ncia m dia de porta directa P pot ncia entregue pela fonte Pre m dio pot ncia m dia de porta inversa T limites de temperatura de opera o da jun o Tstg limites de temperatura de armazenamento Vo valor m dio da tens o vo VDRM m ximo valor de pico repetitivo de tens o directa VLi valor d
67. ndicado pela seta preta ao qual adicionado o cabe alho rect ngulo a azul e o rodap rect ngulo a laranja O local onde o ficheiro guardado indicado atrav s da constante que se encontra no cimo da Figura 69 enquanto o nome do ficheiro criado atrav s da refer ncia do m dulo e da data que o teste efectuado tornando assim o ficheiro nico O rect ngulo a verde a mensagem que enviada ao utilizador por parte do programa dando lhe a informa o onde o ficheiro foi guardado e qual o nome do mesmo e o vermelho indica o fim do programa saindo fora do programa de testes e do programa LabVIEW Na Figura 70 pode se observar todos os blocos de programa o que serviram para criar o programa de testes Cada bloco apresentado nesta figura foi apresentado anteriormente de como program lo ou como era constitu do De forma a perceber melhor a Figura 70 cada bloco de fun o ou tipo de vari veis encontra se numerado de 1 a 11 sendo feito de seguida a sua explica o 1 Conjunto de vari veis onde s o guardadas as informa es dos resultados dos testes para a constru o do relat rio e que tipo de m dulo A30 ou A40 est a ser testado 2 Cada uma das vari veis a azul representa um menu que se encontra no programa sendo uns sub menus dos outros Conjunto dos gr ficos onde s o guardados os sinais de refer ncia de cada teste 4 Codifica o das passagens autom ticas entre menus dispon veis nas Montagen
68. ndicadores e fun es que se encontram nesse VI No programa desenvolvido esta funcionalidade n o foi usada tendo sido criado todo o programa no mesmo VI O Diagrama de Blocos Figura 58 onde se encontra o c digo gr fico permite a cria o por meio de blocos e linguagem de toda a estrutura do programa assim como permite a comunica o com diferentes dispositivos de hardware atrav s de diversos interfaces GPIB USB enquanto o Painel Frontal Figura 59 cont m a interface permitindo a interac o do utilizador com os conte dos do programa 12 T imit ki j fik Hap a LEES e rar ES LEA Figura 58 Janela do Diagrama de Blocos do LabVIEW 41 Figura 59 Janela do Painel Frontal do LabVIEW 6 4 1 Menus Sub menus e passagem autom tica entre eles O programa assenta em pastas denominadas por menus e submenus dividindo assim o programa em Inicio Testes Montagens e Help excep o do menu Inicio todos os outros apresentam sub menus e alguns deles mais sub menus permitindo assim criar dentro de uma pasta v rios ficheiros os testes a realizar Na Figura 60 pode se ver os blocos que criam cada menu e a forma como eles foram organizados no programa O primeiro bloco representa o menu principal os 4 blocos seguintes os menus que se encontram dentro dos Menus M dulo A30 M dulo A40 e Montagens e os ltimos blocos os menus que se encontram dentro desses O resultado destes blocos pode ser visto na
69. o automaticamente 56 Anexo Il Caracter sticas dos tiristores GTO GST Os tiristores GTO que se encontram montados no m dulo A30 e A40 s o do modelo SG3 fabricados pela TOSHIBA As suas caracter sticas t cnicas podem ser encontradas na Tabela 1 Tabela 1 Caracter sticas t cnicas do GTO TOSHIBA SG30006GXH24 M ximo valor de pico repetitivo de tens o V 4500V VcK directa RI 2V M ximo valor de pico repetitivo de tens o VRRM 16V inversa Limita es em corrente m ximas Corrente de pico ao corte 3000A f 1200A Valor eficaz de pico de corrente T 76 C Valor eficaz de pico de corrente n o Eai 16000A repetitivo Valor m ximo de pico da corrente directa 3000A bloque vel pela porta TARN jun o E a a aS ju 57 11 1 Caracter sticas est ticas e din micas do terminal de comando de porta Ver Tens o m nima porta c todo que garante o disparo ler Corrente de porta m nima que garante o disparo e necess ria durante a condu o Esta corrente minimiza a queda de tens o de condu o do GTO fazendo conduzir francamente a jun o porta c todo A corrente de porta Ilcr com um valor de cerca de 10A quando mantida durante o intervalo de condu o promove uma distribui o equivalente da corrente principal por todos os c todos baixando assim a tens o de condu o lem Impulso inicial de corrente de porta na passagem condu o comuta o ao fecho Este impulso de corrente necess
70. o bot o Testes o programa passa para o menu M dulo A30 submenu Testes Avan ados O menu encontra se dividido nos testes de disparo dos GTO s testes ao circuito de protec o dos GTO s diodo e tiristor Testes Avan ados iaaa na iniii k E Tiida dh boi hand mmaa Ei E SS bases id u ES Erri i EE CTSEE dado ERRAR dei sin SERA PR RARZAAA Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa apresenta os sinais da tens o dos sinais de disparo aparecendo a janela 69 Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo n o est a receber os sinais de disparo S o apresentadas v rias janelas com a indica o do que o utilizador deve efectuar O m dulo n o recebe os sinais de disparo verifique as liga es ou troque o m dulo 410 Ap s a verifica o das liga es de disparo ou a troca do m dulo A10 o programa permite ao utilizador realizar novamente o teste Se a resposta for novamente N o temos as seguintes janelas e sai do programa Se o utilizador escolher a op o Sim seja na primeira tentativa ou na segunda o m dulo est a receber os sinais de disparo em condi es e pode passar para o teste ao circuito de protec o dos GTO s dando o programa a seguinte informa o 70 Retire as pontas de prova de tens o do m dulo 410 Coloque uma ponta de tens o entre o ponto 3 e 4 do m dulo e coloque a ponta de prova de cor
71. o de condu o do diodo resulta da passagem condu o do tiristor BT2 fazendo com que a corrente da bobine seja dividida pelos dois semicondutores CH1 100 1 0 100kV divy DC Full CH4 1 1 20 0mnVzdiv DC Full Edge CHi F puto P P C1 441 6670 Max C1 11 5885U O 020KkU NR e Mii CCL Lado azau o as CD AS TGAU P P C4 106 667nV Max C4 12 1615mV S3 S4 S5 Min C4 94 5052nV Rms C4 6 04701mV ea A AMI LS 154 136 16 17 1 1 17 1i TM 1m3 1374 1 976 Figura 38 Tens o aos terminais do d odo V3 2 e corrente no ponto 2 do m dulo 5 3 3 3 Avarias Apesar de n o poder ser confirmado os resultados das simula es seguintes devido ao facto de n o se poder abrir os m dulos de pot ncia A30 e A40 foram efectuadas simula es para as avarias de curto circuito e circuito aberto para os circuitos de protec o dos GTO s diodo e tiristor As simula es poder o dar uma ideia de que sinais se pode encontrar no caso de uma destas avarias acontecer no m dulo em teste e serviram de base para os despistes efectuados no programa de testes para a obten o da causa da avaria Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o dos GTO s quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 39 e quando se encontra em curto circuito na Figura 40 Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o do d odo quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 41 e q
72. ondensador de linha com uma capacidade de 24mF est equipado com resist ncias de descarga que permitem uma diminui o de tens o durante a descarga de 900V para 60V em menos de dois minutos O condensador de linha ter que ser pr carregado durante o in cio da liga o do circuito O circuito conta com o cont ctor 13A1 K1 para efectuar o carregamento duas resist ncias 13A1 R102 e 13A1 R103 para limitar a corrente durante a pr carga e o transdutor 13A1 T1 para medir a tens o aos terminais do condensador 1 1 6 Auto indu o de linha 13L1 Para uma corrente de 800A o valor de auto indu o de linha superior a mH sendo do ponto de vista construtivo uma indut ncia com n cleo de ferro a indut ncia est instalada na mesma caixa de aparelhagem que a indut ncia de alisamento 1411 Nesta caixa de aparelhagem pode ser encontrado tamb m o d odo de roda livre da indut ncia de linha 13V3 Especifica es t cnicas e Corrente nominal 480A 1 1 7 D odo de pot ncia 1341 V1 A exist ncia do d odo de protec o do condensador prende se com as poss veis invers es de polaridade Por exemplo no caso de um curto circuito na linha de 750V gerado uma oscila o de corrente e o d odo impede a invers o de polaridade protegendo o condensador Figura 73 TEAR i Figura 73 Invers o de polaridade 54 1 1 8 D odo de pot ncia 1341 V2 O d odo de pot ncia 13A1 V2 tem o papel de impedir que a corrente seja
73. ontagem cc cc redutor ampliador essencial para a verifica o do bom funcionamento dos semicondutores uma vez que estes em funcionamento normal na carruagem suportam uma tens o de 750V Teoricamente poss vel obter este valor em laborat rio mas devido a limita es do material dispon vel os testes ser o efectuados com valores entre os 350 e os 400V 3 1 Simplifica es para dimensionar os elementos da montagem redutora ampliadora De forma a facilitar os c lculos para os componentes a usar na montagem redutora ampliadora foram efectuadas simplifica es como por exemplo as idealidades dos componentes e o regime permanente dos circuitos A montagem redutora ampliadora a ser efectuada para o estudo dos m dulos A30 e A40 est apresentada na Figura 11 Como se pode observar o circuito um para cada m dulo cumpre todas as restri es topol gicas e As bobines elementos que se comportam como fontes de corrente n o s o interrompidas e Os condensadores elementos que se comportam como fontes de tens o n o s o curto circuitados Figura 11 Montagens dos m dulos A30 e A40 como conversores cc cc do tipo redutor ampliador 3 2 Dimensionamento do conversor CC CC do tipo redutor ampliador Plano Te rico Para os c lculos te ricos o funcionamento dos GTO s em paralelo com uma frequ ncia de 125Hz e uma desfasagem de 180 ser considerado como sendo apenas um a funcionar com o dobro da frequ ncia ou se
74. or Ampliador S o descritas as simplifica es e os c lculos utilizados para o dimensionamento da montagem CC CC do tipo redutor ampliador adaptada no trabalho Cap tulo 4 Circuitos de Protec o Ap s a apresenta o dos m dulos e da montagem utilizada nos testes s o apresentados os circuitos de protec o existentes nos m dulos e o seu funcionamento das v rias situa es ao longo de um per odo de tempo Cap tulo 5 Simula o e Ensaio S o apresentados os circuitos de simula o e de ensaio assim como a demonstra o e compara o dos resultados Cap tulo 6 Programa de Testes feita a descri o de como foi constru do o programa e a estrutura do mesmo Cap tulo 7 Conclus o Neste cap tulo realizada uma conclus o baseada nos resultados Cap tulo Anexos obtidos assim como s o sugeridas algumas ideias para a melhoria deste projecto 8 Bibliografia Inclui as refer ncias de todas as obras trabalhos e locais consultados para a realiza o desta tese 2 M dulos A30 e A40 Apresenta o e Descri o Os m dulos A30 e A40 funcionam de forma complementar formando no seu conjunto um conversor cc cc revers vel de dois quadrantes Figura 2 Este conversor tem o objectivo de controlar o circuito interm dio do conversor de trac o do ML90 Anexo A40 A30 Figura 2 Conversor de Trac o do ML90 Simplificado 2 1 Desc
75. oximadamente 100us 28 Como se pode observar as formas de onda da simula o tem uma forma id ntica as do ensaio diferenciando se nos valores de corrente e tens o Devido ao car cter ideal dos blocos do Matlab Simulink os picos apresentados na simula o s o ligeiramente maiores 5 3 2 Sinais de disparo dos semicondutores Na Figura 34 pode se observar os sinais de disparo dos tiristores GTO enviados pelo m dulo A10 1 JE E i 1 OE To t b Wair SI 54 55 Es Figura 34 Tens o VGK do GST2 Tens o VGK do GST2 5 3 3 M dulo A30 5 3 3 1 Testes R pidos Os objectivos dos testes r pidos s o de perceber se algum dos semicondutores apresenta correntes de fuga superiores aos que devem apresentar aquando no seu funcionamento normal Nos testes realizados com a fonte de tens o a 70V e a resist ncia a 700 obtiveram se os resultados das Figuras 35 e 36 ik Ro Figura 35 Corrente nos GTO s D odo ao corte e Tiristor HM n o Em T a Mibi OE Figura 36 Corrente no D odo condu o 29 Em caso de avaria causada por um curto circuito em algum dos semicondutores a corrente nos GTO s no Diodo ao corte ou no Tiristor teriam o valor da corrente do Diodo condu o 5 3 3 2 Testes Avan ados Na Figura 37 pode se verificar a tens o aos terminais dos tiristores GTO e a corrente que sai do ponto 4 do m dulo Pela figura v se que a tens o dos GTO s ultrap
76. oximar do funcionamento real foram cumpridos Para atingir os objectivos foi necess rio efectuar um estudo de todo o funcionamento do conversor de trac o no comboio e tentar adapt lo a montagens poss veis de efectuar no laborat rio usando os recursos existentes Conclui se ser poss vel o comando dos m dulos atrav s da TCU mediante o uso de um programa de teste criado pelo fabricante com o intuito de se testar se os m dulos que efectuam o disparo dos semicondutores est o em boas condi es Tendo sido este programa usado para poder controlar os intervalos de condu o corte dos tiristores Atrav s do manual de testes produzido pelo Rui Domingues na sua tese de mestrado 11 foi poss vel estabelecer a prioridade de testes e a forma como encade los para criar um programa que testasse todos os semicondutores e m dulos do ensaio Para atingir esse objectivo principal recorreu se a v rios trabalhos e manuais do LabView Programa onde foi criado o programa de testes para permitir um r pido conhecimento da ferramenta e assim tornar o programa final mais completo e autom tico poss vel Do ponto de partida deixado pelo meu colega foi necess rio fazer novos estudos e simula es devido chegada de material novo Resist ncias e Bobines com valores superiores aos existentes no laborat rio de forma a perceber como esses novos componentes poderiam ser aproveitados para fazer aumentar ainda mais a tens o do circuito Essas alt
77. pelas passagens condu o corte e corte condu o Circuito de protec o da fonte Figura 20 Montagem cc cc redutora ampliadora com o m dulo A30 e respectivos circuitos de protec o 4 2 1 Circuito de protec o dos GTO s O circuito de protec o dos GTO s formado pelos condensadores C1 e C2 os d odos V5 e V6 e a resist ncia Rp encontra se representado a vermelho na Figura 21 Quando um dos GTO s inicia a comuta o condu o corte a tens o aos seus terminais aumenta devido a varia o brusca da corrente o d odo V5 entra em condu o e os condensadores s o carregados com uma tens o Vcic2 Vak est2 Vo U Circuito a azul da Figura 21 Na comuta o corte condu o o d odo V6 entra em condu o devido tens o dos condensadores C1 e C2 e a energia armazenada nos condensadores dissipada pelas resist ncias A descarga dos condensadores pode provocar a disrup o dos d odos V5 e V6 pelo que criada uma malha RC constitu da pelo condensador C5 e a resist ncia R1 para a sua protec o Circuito a verde na Figura 21 Circuito de protec o da fonte Figura 21 Circuito de protec o dos GTO s e seu funcionamento 21 Atrav s da simula o podemos obter os sinais de tens o e corrente Figura 22 nesse circuito de protec o Figura 22 Tens o e corrente aos terminais do circuito de protec o dos GTO s 4 2 2 Circuito de Protec o do Tiristor O circuito
78. ransreranareranarerasa 11 Estado 3 D odo e tiristor convencional condu o com GTO ao COrte sssssesssreressreressreressrrressreressrrresseerens 11 3 2 3 Rela es de transfer ncia do CONVERSO muesscaaniiesa sadio reHbES dando soca aa Ra A banned o Rasa eai 12 3 2 4 Determina o dos componentes do conversor ieeereneemeraaeareraneaeraaeaeraaeacereeeacerananoa 13 BODINE Lapas aaa a O a O O SA Ru A RAS DD ROCA A O 13 Condensado R Caron isaras N GA GUGU CR OR E DG 15 3 3 DIMENSIONAMENTO DO CONVERSOR CC CC DO TIPO REDUTOR AMPLIADOR PLANO REAL sssssesessseseseseseseserersese 15 sA Calculodojactorde CO do binistor GTO asas rasta o A 15 3 3 2 COCO OO IDQULaNCIQ aros an atra lada aa E ADS TR A a o A RS ain 17 3 3 3 Determina o do condensador Co err eereranea renan ea rrrae na rraa ea rra ana ra aaa er aa ea rr een crrananoa 17 3 4 DIMENSIONAMENTO DO CONVERSOR CC CC DO TIPO REDUTOR AMPLIADOR PLANO EXPERIMENTAL ceee 18 3 4 1 Tens o de sa da e tens es m ximas nos semicondutores ietereteraerenerenarererenarenneea 18 3 4 2 COren emedia nasal dO Sra ssa nan At SOS OS ab Choi a O aa o at DOS sai Do ado a A oi Ss 18 3 4 3 Mautai raia a a da O a a 19 3 4 4 Conqensador Cosas ada as da DEAR a Na Dao Ada DA Da DA QE 19 4 CIRCUITOS DE PROTEC O scs assoiiagonesiisaalso a a a a 20 4 1 FONTE basis arca ind ac o RIC acabado a n o Dano Cab ati saco ano aa Da oa a ba nda
79. ras janelas onde apenas necess rio escrever qual a menagem que aparece na janela e o nome que vai aparecer nos bot es dispon veis pela janela atrav s da liga o de constantes rect ngulos rosa da Figura 62 Op o incorrecta O programa vai ser encerrado Figura 62 Blocos para as Janelas Informativas e de Decis o LA A janela de informa o criada a partir de outro bloco pois necessita de recolher a informa o dada pelo utilizador como vari veis do programa A Figura 63 mostra o bloco e a janela onde se coloca a informa o que se quer perguntar ao utilizador A janela que se obt m pelo bloco mencionado pode ser vista na Figura 79 Anexo V e Timige e Frangi am dap Brp Frer Tarp jee frg Panair in isapa ETTE pm DE mn ii j Fyi i i rr Prado 7 Es a E ri Pen nampi gp e IE m n 7 Fakire Hr irja Wiper pi Frij m p F i 1 l Ed e a TETE TE Ea di diig iii Figura 63 Bloco para a constru o da Janela de Informa o 43 6 4 3 Janela de controlo de execu o Durante a programa o necess rio recorrer a janelas que permitam e Executar fun es em caso de sucesso ou insucesso Janela L gica e Executar em modo sequencial Janela Sequencial e Reduzir o espa o de programa o Pilha de Informa o A Janela L gica Figura 64 composta por duas janelas TRUE e FALSE comandada por uma fun o l gica que lhe d a indica o de qual das
80. re are defective elements In order to overcome the limitations of the laboratory were used a type of elevator type gearbox allowing the creation of currents and voltages closer to those found by the modules in their original places The program created for the tests found through various experiments and simulations were produced in LabView and tried to be as automatic as possible thereby testing the modules more efficient Keywords Converter dc dc converter for traction Testing Program Modules ndice AGRADECIMENTOS sido una p ad soe San Cao SED SOOU Sa Nan don ESA CASOS nda aU sais NON ad assa n da ads Aais cc UN anca sina s Uau l RESUMO aenar EN N N PEGO Lara Nal ELO a Cosan gua C an ads II ABSTRACT ia a a a sans Grand a sacana stans asas an WI INDICE ssa so ss ta Lt A DR DR APR GAR IV LISTA DE FIGURAS passaainsioasaoasossandas or anvi asno Daiia usando nuca too aa a niia aa od a Ui ado aa ara andad sis assi aus nana cat andas VII LSTA DE TABELAS crror ranr e E na dida tn da coa X LISTA DE ABREVIATURAS coscsarai aacra N XI LISTA DE SIMBOLOS 2 505522205 550550 50505305 5050000005 a a ESA XII 1 INTRODU O sussa sra o da ioo doa Da aa ada a ROS do NO a DO ua DOE ita DAE a DS aa OE Sa aid DRE a 1 dd ENQUADRAMENTO rata ano COS a a A a Ud US NEY 1 1 2 MOTIVA O ias Daian a OU a a a Raia 1 1 3 JBE O acer comp GE O O O ca RAD e a E E 1 1 4 MODELO MESO scr aros Ci E a 2 1 5 ESTRUTURA DO RELAT RIO sta autos dia Scala A a S
81. rente no ponto 4 do m dulo Th da Palio a UR k Hit Reid qa li f Da giaa digas leais bria mier Tmp L TT a Epa Ferie gie Sm jie Ca Feela g Bn dia amke Ein kona q ie de Timia ma ka Dad TRH sd OS fado T i TIL tratam EE f ROO ka Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa ir colocar os sinais do ensaio nos gr ficos direita seguindo se a janela Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o dos GTO s Surgem as seguintes janelas O circuito de protec o dos GTO s encontra se avariado Desligue a fonte Testes terminados 71 Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v rias janelas fazendo v rias quest es sobre os sinais de forma a indicar a poss vel avaria do m dulo Se o utilizador escolher a op o N o o programa termina Se o utilizador escolher a op o Sim na pergunta sobre o sinal do teste o m dulo passou com sucesso o teste ao circuito de protec o dos GTO s seguindo a informa o INARI Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo apresenta um problema no circuito de protec o do d odo S o mostradas as janelas seguintes 72 O circuito de protec o do diodo encontra se avariado Desligue a fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o Sim o programa ir apresentar v ri
82. ri o dos m dulos A30 e A40 2 1 1 M dulo A30 O m dulo A30 Figura 3 tem como componentes principais os GTO s GST2 o d odo FD2 e o tiristor BT2 Figura 3 M dulo A30 a Aspecto do m dulo b Esquema interno com os semicondutores principais Os dois primeiros formam uma parte do conversor cc cc de dois quadrantes que serve de controlo corrente no circuito interm dio Figura 2 enquanto o terceiro componente integra o chopper de travagem reost tica No conversor cc cc de dois quadrantes existem dois GTO s GST em paralelo para que a transfer ncia de pot ncia do conversor seja dividida por ambos os semicondutores Este facto leva a 4 que a frequ ncia de comuta o total seja de 250Hz 125Hz para cada GST desfasados de 180 Figura 4 Este funcionamento origina um menor tremor na corrente que leva a uma menor varia o do bin rio electromagn tico por parte da m quina ass ncrona poupando lhe o desgaste a n vel mec nico O d odo FD2 entra em funcionamento na altura em que nenhum dos GTO s est em funcionamento fechando assim o circuito Figura 4 Intervalos de condu o dos GST e FD2 No conversor de trac o podemos ver o sistema de travagem regenerativa que permite o funcionamento tipo gerador enviando energia para a rede quando a carruagem trava Quando a energia injectada na rede superior ao poss vel a energia remanescente dissipada atrav s do chopper de travagem reost tica no q
83. rif sicas Estes processos de controlo s o efectuados atrav s de microprocessadores que est o colocados nas cartas m dulos da TCU 3 A TCU efectua o tratamento dos valores que recebe a partir dos sensores a cada instante enviando um sinal ao m dulo A10 O m dulo A10 constitu do pela unidade A1 onde recebido os sinais e as unidades de comando de porta A2 e A3 onde s o gerados os impulsos de disparo de controlo dos tiristores GTO 3 4 Os sinais enviados pelo A10 e pelo A50 ou A60 directamente da TCU entram no conversor cc cc revers vel Este composto pelos m dulos A30 e A40 que funcionam de forma complementar Figura 1 amp ecu 1 5 Estrutura do Relat rio O relat rio encontra se dividido em 8 cap tulos que pretendem descrever os passos de todo o projecto desde o material que se vai testar at ao programa de teste realizado Aos cap tulos existentes juntam se alguns anexos dos quais se pode obter uma informa o mais aprofundada sobre os elementos em estudo montagens e o pr prio programa Cap tulo Cap tulo 1 Introdu o efectuada a apresenta o do trabalho e quais os objectivos da sua realiza o 2 M dulos A30 e A40 Apresenta o e Descri o Consiste numa pequena descri o da constitu o dos m dulos e as montagens necess rias para a interliga o com os restantes equipamentos A10 A50 e A60 TCU e CCU Cap tulo 3 Montagem CC CC Redut
84. rminados Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso no teste aos GTO s seguindo se a informa o para as altera es necess rias para efectuar o teste seguinte Desligue a Fonte Mude o terminal negativo da Fonte e a ponta de corrente do ponto 4 para o ponto 2 do m dulo Ligue a Fonte COLA TN nua E 65 Nos testes ao FD2 o utilizador testa o diodo em condu o e ao corte seguindo para isso a ordem de cima para baixo nos testes indicados Ao carregar no bot o Capturar Sinal dos testes de condu o o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para os gr ficos capturados aparecendo a seguinte janela Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta o diodo avariado Desligue a fonte Testes terminados Ao carregar no segundo bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado do d odo em corte aparecendo a seguinte janela 66 Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta o diodo avariado Desligue a Fonte Testes terminados Se o utilizador escolher a op o N o o m dulo passou com sucesso nos testes ao d odo seguindo informa o para o teste seguinte
85. s e Help 5 Bloco que permite questionar o utilizador sobre o m dulo a ser testado e que faz o encaminhamento do programa conforme a sua resposta Sai do programa no caso da resposta do utilizador n o corresponder aos m dulos que pode testar Bloco onde s o programados os testes r pidos do A30 e do A40 Bloco onde s o programados os testes avan ados do A30 e A40 Conjunto de testes onde s o efectuadas ap s a indica o de avaria do m dulo as quest es sobre os sinais para descobrir a causa da avaria do m dulo em teste 9 Bloco onde condensada a informa o de todos os testes criando o corpo do relat rio 10 Bloco onde efectuada a cria o do cabe alho e rodap do relat rio cria o do nome do ficheiro e localiza o onde o ficheiro ser gravado Disponibiliza tamb m a informa o ao utilizador da localiza o do ficheiro e termina o programa 11 Bot o de stop ao programa o bot o que controla o fluxo de informa o passado dentro do rect ngulo permitindo o funcionamento cont nuo at que seja pressionado 47 de programa o do programa de teste 70 Blocos Figura 48 7 Conclus o e Sugest es 7 1 Conclus o Nesta tese de mestrado os objectivos de criar um programa semi autom tico de testes aos m dulos A30 e A40 do conversor de trac o das motoras do ML90 e de aumentar a tens o dispon vel no circuito de forma a se apr
86. s para os valores nominais a partir da fonte j existente Cria o de uma fonte de tens o regul vel que permitisse obter uma tens o mais pr xima dos 750V Cria o de um banco de ensaio mais completo colocando duas TCU e dois conversores de trac o alimentados por 750V de forma a se poder testar os dois m dulos em simult neo Estudar custos de repara o dos circuitos de protec o dos semicondutores para se apurar se rent vel fazer testes regulares aos m dulos para verifica o do bom funcionamento dos circuitos de protec o destes durante a desmontagem para manuten o por exemplo caso isso n o se verifique e se for rent vel envia los para repara o evitando assim danos mais graves que por sua vez podem ser mais dispendiosos Efectuar a liga o dos programas de testes do A30 e A40 com o programa de testes ao m dulo de gate A10 50 8 Bibliografia 1 2 3 5 6 7 8 9 Santana J J E Modela o e Estabiliza o da Associa o Ondulador de Corrente M quina Assincrona Tese de Doutoramento Instituto Superior T cnico Universidade T cnica de Lisboa 1982 Siemens Conversor de trac o do ML90 750 V 1991 Metropolitano de Lisboa Manual de opera o ML9O Siemens Maio 1995 Staufenbiel MC Traction Control Unit Siemens Maio 1996 Silva J F ELECTR NICA INDUSTRIAL Funda o Calouste Gulbenkian 1998 Esp
87. soossssoessssessssossse 61 ANEXO IV CARACTER STICAS DOS D ODOS FD sssssnssssssessssoessssoesssoessssoessssossssoeesssoessssoessssosssssossssoesssseessssossse 62 ANEXO V MANUAL DO UTILIZADOR assa ssssossnsasoasanaoo Conan EaD nd on Eaa a canal CEDN RS SEER ndo Mao nan ando Aaaa aa 63 vi Lista de Figuras Figura 1 Esquema de Liga o entre o CCU TCU e os m dulos errrrrererrererenes 2 Figura 2 Conversor de Trac o do ML90 Simplificado 00000000oneneeneeneneeeeenesnnesnsnnnsssssnnsnssssssssssssssssssssno 4 Figura 3 M dulo A30 a Aspecto do m dulo b Esquema interno com os semicondutores principais 4 Fig ra 4 Intervalos de condu o dos GST SED ass iai e sanada nora Dino asd ana ga Lad 5 Figura 5 M dulo A40 a Aspecto do m dulo b Esquema interno com os semicondutores principais 5 Figura 6 Exemplo de intervalos de condu o dos semicondutores principais do m dulo A40 5 Figura 7 Arm rio que cont m a CCU CGC assim ipi 6 Fiba s Modulo de Gc AO sureres E E T 7 Figura 9 Unidade de conex o de impulsos actuadores A50 ossooosssseeeesessssssssssssserrreessssssssssssseerrrrreeessssss 8 Figura 10 Circuito de conex o de impulsoS ssesooeoeeeeeeeeesssssssssssseerrreeeesssssssssssserereeeeesssssssssssseerrrreeeeeesss 8 Figura 11 Montagens dos m dulos A30 e A40 como conversores cc cc do tipo redutor ampliador 9 Figura 12
88. t T sendo que para este caso e uma vez que a tens o aplicada aos terminais vai ser sempre Vo os valores de corrente m dia nas cargas ser o Vo 140 Iko x 0 42A Ray Ro 330 0 17 x 1 7 1 pT Vo Ip4 Jj g t dt Jj dt 0 e 0 87A av T 0 140 Tso 330 x 30 330 30 Vo Ro Rs Aplicando a lei das malhas ao circuito da Figura 17 verifica se que as tens es m ximas que o GTO e o diodo t m de suportar correspondem ao valor m ximo da soma da tens o de entrada com a tens o de sa da ou seja Vbrm U V 70 140 210V VRRM U Vo 210V Da mesma forma tem se para o tiristor convencional VDRM Vo 140V VRRM U 70V 16 A partir dos resultados obtidos pode se ent o calcular o valor da indut ncia L e do condensador Co 3 3 2 C lculo da indut ncia L Para o c lculo de L importante saber a corrente m dia da bobine Para a calcular utilizada a equa o 18 de onde se obt m p Y 70 0 66 Liav R 1 8 275 1 0 66 x 14 5A Supondo como valor de varia o da corrente da bobine 50 do seu valor m dio e considerando a equa o 20 chega se ao resultado da indut ncia U 70 e E u Ai 0 5 x 14 5 1 0 0254 x 25mH 0 66 250 0 025 5m Devido limita o do material existente no laborat rio do Metropolitano de Lisboa a bobine escolhida para o circuito apresenta uma indut ncia de 26 5mH Esta pequena altera o de valor acab
89. ter um andamento perfeitamente linear como o apresentado De 17 pode se calcular o coeficiente de auto indu o da bobine L que garante uma varia o ou tremor da corrente igual a um Ai pretendido U Vo U 1 ST 1 8 T L Alji Aigi 0 14 Condensador Co Quando o GTO se encontra em condu o O lt t lt 6T a resist ncia R de carga alimentada directamente pelo condensador Supondo que AVo lt lt Vo tem se Vo d Co R dt 21 lo Supondo que Vo varia lentamente ao longo do per odo T a sua derivada AV o o Vo d A aproximadamente constante ou seja Co Co Como At 8T vem Co Obt m se assim a express o ST Vo a Usando a rela o de transfer ncia do conversor redutor ampliador 9 temos que ST U 23 1 R AVo 3 3 Dimensionamento do conversor CC CC do tipo redutor ampliador Plano Real Para o dimensionamento real do conversor colocado um circuito de protec o da fonte constitu do por um diodo uma resist ncia e um condensador O esquema dessa montagem pode ser observado na Figura 17 Figura 17 Esquema da montagem redutora ampliadora utilizada para os testes O circuito alimentado atrav s da fonte de alimenta o DELTA ELEKTRONIKA SM7020 D tendo como entrada 320V 8A e sa da vari vel de OV a 35V 20A e 35V a 70V 10A com uma frequ ncia de trabalho de 250Hz Esta frequ ncia corresponde ao fun
90. to levando a que o disjuntor da subesta o seja disparado 1 1 4 Filtro de Linha e Outros Componentes do Circuito O filtro de linha est ligado entre a fonte de alimenta o e o circuito de trac o sendo constitu do pela auto indu o da linha 13L1 e pelo condensador de linha 13A1 C Esta unidade LC tem as seguintes fun es e Efectuar o desacoplamento do conversor cc cc em rela o alimenta o O conversor cc cc exige uma fonte de pot ncia de baixa imped ncia a qual tem capacidade de fornecer correntes impulsivas e partida a alimenta o pelo carril de energia n o tem essa capacidade dada a sua indut ncia Por isso necess rio 1 condensador de elevada capacidade e Filtrar frequ ncias particularmente as de 50 ciclos s Hz uma vez que o sistema de sinaliza o comandado por rel s alimentados a esta frequ ncia assim o filtro de linha dever estar sintonizado para 50 ciclos s para evitar interfer ncias 53 e Evitar sobretens es dado que a tens o para alimenta o do equipamento de trac o da carruagem n o pode exceder determinado valor assim em caso de varia es de carga ou interrup o do carril de energia a energia armazenada nas indut ncias tem que ser transferida para o condensador de linha Figura 72 pico motivado por putros veiculos o ud Figura 72 Actua o do filtro de linha 1 1 5 Condensador de linha 13A1 C Para garantir uma opera o com seguran a o c
91. u processo de estudo e por nunca ter desistido de me alegrar mesmo quando as coisas n o corriam bem Agrade o aos meus av s pais e irm os que todos os dias quando vinha frustrado por n o avan ar no trabalho me davam nimo para n o desistir e minha bisav que com a sua vida me ensinou o que coragem for a de vontade e dedica o Principalmente a ela dedico este trabalho Resumo O alvo de estudo deste trabalho foram os equipamentos do controlo central e de trac o pertencentes s carruagens motoras ML90 do Metropolitano de Lisboa E P E com vista cria o de um programa de testes Esse programa pretende dotar o laborat rio da Sec o de Electr nica e Instrumenta o de uma ferramenta capaz de despistar avarias nos m dulos do conversor principal M dulo A10 Modulo A30 e M dulo A40 A solu o desenvolvida utiliza como gerador de sinais para os m dulos de comando de porta dos tiristores GTO a unidade de controlo de trac o da motora O teste feito utilizando um programa j existente produzido pelo fabricante Siemens atrav s de um Hyper Terminal adaptado para poder comandar um m dulo do conversor separadamente De forma a antecipar os resultados que iriam ser obtidos foram criados modelos dos m dulos do conversor cc cc em Matlab Simulink e efectuados testes em funcionamento normal e em avarias t picas para se estudarem as caracter sticas de funcionamento quando existem elementos com de
92. ual se encontra o tiristor BT2 e a resist ncia de travagem RT 2 1 2 M dulo A40 O segundo bra o do conversor cc cc formado pelo m dulo A40 A constitui o deste m dulo Figura 5 igual ao do m dulo A30 apresentando uma configura o sim trica a b Figura 5 M dulo A40 a Aspecto do m dulo b Esquema interno com os semicondutores principais Os dois GTO s do m dulo A40 GST1 e GST1 e o d odo FD1 t m um disparo igual ao do m dulo A30 Figura 6 Figura 6 Exemplo de intervalos de condu o dos semicondutores principais do m dulo A40 2 2 Elementos necess rios para o controlo dos semicondutores No ML90 existem v rios equipamentos que efectuam o controlo dos semicondutores existentes no m dulo A30 e A40 Os tr s equipamentos que efectuam esse controlo s o e As unidades centrais de controlo CCU e TCU e M dulo de gate A10 e Unidades de conex o dos impulsos actuadores A50 e A60 2 2 1 Unidades centrais de controlo O processamento de toda a informa o existente no comboio efectuado nas unidades centrais de controlo Figura 7 CCU Central Control Unit e TCU Traction Control Unit Figura 7 Arm rio que cont m a CCU e a TCU A TCU constitu da por cartas de mem rias conversores anal gicos digitais e vice versa unidades de processamento e de alimenta o entre outras A TCU controlada atrav s do CCU sendo deste que recebe os sinais para o seu funcionamento
93. uando se encontra em curto circuito na Figura 42 Os sinais da corrente e da tens o no circuito de protec o do tiristor quando se encontra em circuito aberto encontram se na Figura 43 e quando se encontra em curto circuito na Figura 44 31 Figura 42 Tens o e corrente aos terminais do diodo circuito de protec o em curto circuito 32 DOER O TT Figura 44 Tens o e corrente aos terminais do tiristor circuito de protec o em curto circuito 5 3 4 M dulo A40 5 3 4 1 Testes R pidos Os objectivos dos testes r pidos s o de perceber se algum dos semicondutores apresenta correntes de fuga superiores aos que devem apresentar aquando no seu funcionamento normal Nos testes realizados com a fonte de tens o a 70V e a resist ncia a 700 obtiveram se os resultados das Figuras 45 e 46 CR Figura 45 Corrente nos GTO s D odo ao corte e Tiristor 33 Ejs a Miba OE Figura 46 Corrente no D odo condu o Em caso de avaria causada por um curto circuito em algum dos semicondutores a corrente nos GTO s no Diodo ao corte ou no Tiristor teriam o valor da corrente do Diodo condu o 5 3 4 2 Testes Avan ados Na Figura 47 pode se verificar a tens o aos terminais dos tiristores GTO e a corrente que sai do ponto 4 do m dulo Pela figura v se que a tens o dos GTO s apresenta um valor de aproximadamente 380V quando estes se encontram ao corte Essa t
94. uanto ao escolher o 2 o programa ir seguir os testes do A40 Caso o utilizador escolha uma op o diferente o programa indica op o inv lida e fechado 63 Es x Dp o incorrecta O programa vai ser encerrado Montagem Testes R pidos No submenu M dulo A30 do menu Montagens encontra se a montagem a realizar para os testes r pidos e para os testes avan ados Teele E plae Teman r ae min Faji mia HEr crer o bipi sr mo dfs E A F a im o aa medo da eli a um cmg jia O para go put Rs mm jus is us E so os o Tan q me Eh hea o E o a o o oB a a n a E E ms po iir m mi me a baii ea orin EE j ce se str de Lij ibas or qe a cds ooo o md H peie dah skem a poria h mag m o oh w e i O Dotado mi Pe em aee or eg pm pm gi o ad ii Ao carregar no bot o Testes o programa passa para o menu M dulo A30 submenu Testes R pidos colocando o utilizador no 1 dos 3 testes a realizar Testes R pidos dum a hada k ki adiado bai LE Limia Pa e ES ATTE MIT Enrico Ar lP EF kie 64 Ao carregar no bot o Capturar Sinal o programa copia o sinal que se encontra no oscilosc pio para a janela do sinal capturado aparecendo a seguinte janela Se o utilizador escolher a op o Sim o m dulo encontra se avariado e aparece a mensagem abaixo e sai do programa O m dulo apresenta ols TOs avariados Desligue a Fonte Testes te
95. ue se encontram montados no m dulo A30 e A40 s o do modelo BSt fabricados pela SIEMENS As suas caracter sticas t cnicas encontram se na Tabela 2 Tabela 2 Caracter sticas t cnicas do tiristor convencional SIEMENS BStR63133 dl dt m ximo 200A us M ximo valor de pico repetitivo de tens o Ta Voin 2000V Vek 2V M ximo valor de TE de tens o 2000V Limita es em corrente m ximas Valor eficaz de pico de corrente lTRMS 1700A Valor eficaz de pico de corrente n o 20500A 25 C repetitivo TSM 10ms o Caracter stica de choque t rmico Da C Limita es em temperatura Limites de temperatura de opera o da 120 jun o t Caracter stica de choque t rmico representa a energia n o repetitiva admiss vel no tiristor durante um certo tempo T 2 normalmente 10ms 50Hz com a tens o repetitiva reaplicada Vrrm applied after surge Figura 76 Aspecto f sico do Tiristor convencional testado 61 Anexo IV Caracter sticas dos d odos FD Os d odos que se encontram montados no m dulo A30 e A40 s o do modelo SSi produzidos pela SIEMENS As caracter sticas t cnicas dos d odos est o apresentadas na Tabela 3 Tabela 3 Caracter sticas t cnicas do d odo SIEMENS SSiR67110 CARACTER STICAS S MBOLO VALOR Limita es em tens o an dica m ximas M ximo valor de pico repetitivo de tens o 2000V inversa Limita es em corrente m ximas Valor eficaz m ximo da corrente directa 3
96. ull a 100mA Este um m dulo de duplo comando que recebe os avisos de ligar e desligar de cada grupo de GTO s GST1 GST1 ou GST2 GST2 caso se esteja a comandar o m dulo A40 ou A30 respectivamente Os avisos s o convertidos por cada um dos osciladores de compasso numa sequ ncia modulada de impulsos que servem para a transmiss o do sinal lig desl a enviar aos GTO s e para a alimenta o de energia das pe as de alta tens o A2 e A3 Para al m das fun es de comunica o entre o TCU e os m dulos de trac o o m dulo A1 apresenta as seguintes fun es l gicas e de protec o e Desconex o de subtens o e Bloqueio dos comandos de igni o dos tiristores com eventual ordem de desligar caso 24 V de alimenta o de energia sejam insuficientes e Confirma o de erro no comando da TCU em caso de A2 e A3 emitirem um sinal de erro As pe as de alta tens o A2 e A3 encontram se ao potencial do c todo do GTO ao qual est o ligados A liga o das pe as de alta tens o ao m dulo A1 efectuada atrav s de um transformador associado a um rectificador de carga para a alimenta o de energia da unidade de desmodula o 2 2 3 Unidades de conex o dos impulsos actuadores A50 e A60 As unidades de conex o dos impulsos actuadores A50 e A60 Figura 9 d o forma aos avisos de excita o enviados pela TCU para os tiristores convencionais Estas unidades permitem que os tiristores sejam correctamente ligados
97. zador escolher a op o Sim o programa apresenta a janela e sai do programa 90 Neumon Para o sinal de disparo dos GTO s e do tiristor necess ria a utiliza o de um Hyper Terminal para efectuar comandos TCU O terminal existente no banco de ensaios d pelo nome de Neumon O utilizador ter que entrar no programa e seguir as indica es antes de realizar cada um dos testes avan ados seja para o m dulo A30 ou A40 1 Ligar fonte de alimenta o do arm rio de ensaios do ML9O 2 Ligar o cabo carta C023 e ao PC 3 Executar o programa Neumon que se encontra no ambiente de trabalho do computador do banco de ensaios 66H Premir Enter para que apare a no monitor o s mbolo 5 Escrever P aparecendo no monitor PROGRAMA_DE_TESTE seguido de Enter 6 Escrever BS seguido de Enter aparecendo no monitor TEMPO DE CONDU O TIRISTOR PRINCIPAL 0 100 7 Escrever 85 seguido de Enter aparecendo no monitor TEMPO DE LIGA O TRAVAGEM DE RECUP 0 100 8 Escrever 15 seguido de Enter Ap s estas indica es ao programa os sinais de disparo dos semicondutores j est o a ser efectuados podendo se retirar os valores e sinais pretendidos Caso se queira fazer parar o envio de sinais de disparo dever ser efectuado 9 Escrever BS seguido de Enter Com a n o indica o dos valores das percentagens p

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