Técnicas de controle preditivo avançadas aplicadas ao conversor CHB no acionamento de motor de indução - Guilherme Augusto Pangratz (2025)
O conversor do tipo ponte completa em cascata (cascaded H-bridge - CHB) é uma das topologias mais difundidas em acionamentos de velocidade variável com inversores de média tensão. Aplicações de CHB que demandam elevado desempenho dinâmico geralmente usam o controle orientado com o campo, com reguladores lineares de corrente, como estratégia de controle do motor. Com o aumento da capacidade computacional dos sistemas de controle embarcados, outras estratégias têm entrado em evidência, como o controle preditivo baseado em modelo com conjunto finito de estados (finite control-set model predictive control - FCS-MPC). No presente trabalho, é estudada a aplicação do FCS-MPC, na forma de controlador de corrente (model predictive current control - MPCC), no acionamento de velocidade variável do motor de indução trifásico alimentado pelo inversor CHB. Os desafios associados à grande quantidade de vetores espaciais de tensão utilizados no processo de otimização em tempo real criam a necessidade de estratégias de FCS-MPC adaptadas ao CHB. Neste trabalho, duas estratégias voltadas ao CHB são aplicadas ao controlador preditivo de corrente. Na primeira, o conjunto de vetores utilizados durante o processo de otimização em tempo real é um subconjunto baseado no vetor selecionado no ciclo anterior. Na segunda, o vetor espacial de tensão ótimo é determinado pelo modelo e usado como referência para selecionar o vetor espacial mais próximo que o inversor pode aplicar. Após o controlador preditivo selecionar um vetor espacial de tensão, uma estratégia de seleção dos estados de comutação é aplicada para resolver a redundância dos estados de comutação internos da fase do CHB. Os métodos estudados são avaliados através de simulação computacional. Os métodos adaptados ao CHB são também avaliados experimentalmente em escala 1:10 de um inversor CHB de média tensão. Os resultados experimentais demonstram a eficácia das técnicas avaliadas em controlar a corrente do motor ao longo de diferentes pontos de operação, mantendo baixa frequência de comutação nos dispositivos semicondutores do inversor CHB.