Este trabalho propõe uma investigação sobre a influência da alocação da área de mancal em compressores herméticos para a refrigeração, considerando um motor Síncrono de Ímãs Permanentes com Partida Direta na Rede (LSPMSM) monofásico, e utilizando cálculos analíticos convencionais e o Método de Elementos Finitos (MEF). O recente aumento da preocupação com a eficiência energética tem levado muitos países a implantarem legislações que impõem necessidades de aumento de eficiência de motores elétricos. Neste contexto, o motor LSPMSM se apresenta como alternativa aos motores de indução convencionais visando à diminuição do consumo de energia elétrica, por exemplo, em refrigeradores. No entanto, a exigência de alocação de uma grande área para o mancal e por consequência a retirada de materiais ferromagnéticos do rotor pode diminuir o desempenho do motor LSPMSM inviabilizando assim sua aplicação. Para a realização deste estudo, foi adotada uma metodologia de projeto disponível na literatura para estabelecer as etapas do projeto a ser realizado. Tal referência de projeto, embora elaborada para ser utilizada em um motor LSPMSM trifásico, foi utilizada em um projeto de motor monofásico. Os resultados do ensaio foram comparados com os dados obtidos via simulações computacionais de tal forma a validar o método proposto e também avaliar o impacto da retirada de material do rotor no desempenho final do motor. Os resultados práticos ficaram próximos aos resultados obtidos em simulação validando a utilização da metodologia também em motores monofásicos. Desta forma foi possível visualizar o efeito da área de mancal no rotor que devido ao aumento da relutância do circuito magnético alterou os resultados do valor da tensão induzida dos ímãs. / This work proposes a study about the influence of the bearing area allocation in hermetic compressors for refrigeration, considering a single phase Line Start Permanent Magnets Synchronous Motor, and employing conventional analytical calculations and the Finite Element Method (MEF). Recent increase in concern about energy efficiency has led many countries to roll out laws that impose requirements to raise the electric motor efficiency. In this context the LSPMSM motor is an alternative over conventional induction motors for the purpose of seeking power consumption reduction. However, the requirement to allocate a large area for the bearing and thus removal of ferromagnetic materials of the rotor can reduce LSPMSM motor performance what may impede its implementation. For the accomplishment of this study it was adopted a methodology of design available in the literature to set up the steps to be followed. Such design reference was at first described to be applied in three phase LSPMSM, however in this work it was applied in a single phase motor. Tests results were compared with data obtained via computer simulations in a way to validate the proposed method and to assess the impact of material removal from de rotor on the motor performance. The obtained bench test results were close to those simulated ones validating the methodology to be used in single phase motors too. Therefore, it was feasible to notice the influence of the counterbore area in the rotor, which, due to the increased value of the circuit reluctance, changed induced voltage values related to the magnets.

A determinação das principais propriedades magnéticas de um ímã permanente geralmente requer sistemas de medição sofisticados e custosos. Este trabalho analisa e propõe um sistema de caracterização de ímãs permanentes de Terras Raras e Cerâmicos à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples. Para isso, o Histerisímetro de Entreferro Variável, HEV, é concebido e estudado. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável, bobinas de magnetização e desmagnetização de baixa potência, uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro, um fluxímetro com sua bobina exploradora, o circuito eletrônico de comando das bobinas de excitação e a interface a um sistema de instrumentação virtual. Para demonstrar os desenvolvimentos do trabalho são apresentados o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo em relação aos ímãs permanentes, instrumentação necessária para sua caracterização, a concepção e modelagem do HEV, os resultados dos testes realizados e uma abrangente análise de suas incertezas. Com isso é demonstrado que o Histerisímetro de Entreferro Variável é uma alternativa de caracterização de ímãs permanentes com desmagnetização linear com incertezas dentro do que é definido pela norma. / The determination of the main magnetic properties of permanent magnets usually requires sophisticated and expensive measuring systems. This work analyses and proposes a low-cost system for the characterization of Rare Earth and Ceramics permanent magnets at room temperature with simpler implementation. It comprehends a magnetic circuit with the permanent magnet under test, a steel yoke with appropriate pole pieces, a variable air gap, low power magnetization and demagnetization coils, a Hall Effect probe with its respective gaussmeter, a fluxmeter with its own search coil, a coil driver electronic circuit and a virtual instrumentation system (computer plus graphical interface software). To demonstrate the developments of the work, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism related to permanent magnets, the instrumentation required for its characterization, the HEV design and modeling, the results of the tests and a comprehensive analysis of related uncertainties. Thus, it is shown that the Variable Gap Hysteresimeter is an alternative characterization system for linear demagnetization permanent magnets with uncertainties within those defined by the standards.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

This work presents a study of first and second order sliding mode controllers applied to permanent magnet synchronous motor.The aim is a theoretical study and an experimental implementation, using the DSP TMS320F2812 platform, of two second order sliding mode controllers. In addiction a study about the first order sliding mode is presented. The inclusion of this topic aims to provide a comparison elements, related to the performance, precision, robustness, chattering and implementation aspects. In the beginning of this work, are presented the principal concepts related to the approach of the variable structure control. Afterwards, a theoretical study about the first order sliding mode is realized. Beyond the theoretical formulation, the chattering and some techniques for your reduction are presented. Following, two second order sliding mode controllers are presented. The final half of the work presents the application of the sliding mode controllers to the permanent magnet motor. First, the theoretical studies with simulation results are presented. Subsequently, the results in the experimental setup show the viability of the controllers applications. The controllers use the current stator measurements, classical in this kind of application, and the position rotor measurement, obtained by absolute encoder. The tests to the controllers performance analysis consider errors in the system parameters and the load torque such as perturbation input. / Esta dissertação apresenta um estudo sobre a aplicação de controladores baseados na abordagem dos modos deslizantes ao motor síncrono de ímãs permanentes. O objetivo central é o estudo teórico e a implementação em bancada experimental, baseada numa plataforma DSP TMS320F2812, de dois controladores em modos deslizantes de segunda ordem. Entretanto, um estudo sobre o controle em modos deslizantes de primeira ordem também é apresentado. A inclusão deste tópico tem a finalidade de fornecer elementos de comparação no tocante ao desempenho, precisão, robustez, chattering e aspectos relacionados à implementação. Na parte inicial do trabalho, são apresentados os conceitos principais relacionados à abordagem de controle de estrutura variável. Após, um estudo teórico sobre um controlador em modos deslizantes de primeira ordem é feito. Além da formulação teórica, assuntos como chattering e formas clássicas de contornar este inconveniente são abordados. Na seqüência, são apresentados dois controladores baseados no deslizamento de segunda ordem. A metade final do trabalho trata da aplicação dos controladores em modos deslizantes ao motor síncrono de ímãs permanentes. Primeiramente, estudos teóricos com diversos resultados de simulação são apresentados. Posteriormente, resultados obtidos em bancada experimental mostram a viabilidade da aplicação destes controladores ao sistema considerado. Todos os controladores estudados utilizam medidas das correntes de estator, o que é clássico neste tipo de aplicação, e a medida posição do rotor, obtida através de um encoder absoluto. Os testes para análise do desempenho dos controladores levam em consideração erros nos parâmetros do sistema e a carga como uma entrada de perturbação.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo - Roberto Andrich.pdf: 255410 bytes, checksum: 674d7034fd046a38194121da5d0b5f27 (MD5) Previous issue date: 2013-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work is presented the development of an experimental setup and a simulation plataform for the evaluation of performance in permanent magnet synchronous motors when drived with di_erent control strategies. The proposal of the experimental setup is to allow the driving and analysis of these types of motors with the main control strategies used in their applications in a easy and didactic way. The control strategies implemented are the well known Six-step technic for BLDC type motor, that is, motors having trapezoidal back-emf voltages, the classical Field Oriented Control for BLAC type motors, that is, motors having sinusoidal back-emf voltages and a modified field oriented control specially developed for non-sinusoidal back-emf voltage motors. The proposal of the simulation plataform is to estimate the results obtained in the experimental bench. This is done by implementing the same control strategies in the simulation bench and also by modelling the main losses in the driving inverter and motor. / Nesse trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma Plataforma Experimental e de uma Plataforma de Simulação para a avaliação de desempenho em motores síncronos com ímãs permanentes quando acionados com diferentes estratégias de controle. A proposta da plataforma experimental é permitir o acionamento e a análise desses motores com as principais estratégias de controle utilizadas em suas aplicações de forma prática e didática. As estratégias implementadas são o controle Six-step para motores do tipo BLDC, ou seja, com tensões induzidas trapezoidais, o controle vetorial para motores do tipo BLAC, ou seja, com tensões induzidas senoidais e uma proposta de modificação no controle vetorial para o acionamento de motores com tensões induzidas não senoidais. A plataforma de simulação tem por objetivo estimar a priori os resultados obtidos na plataforma experimental através da implementação das mesmas estratégias de controle e do modelamento das principais perdas existentes no inversor e no motor

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Filipe - RESUMO.pdf: 27146 bytes, checksum: 965d13a57f8850f7f5953eb1442cb7ab (MD5) Previous issue date: 2015-09-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This paper discusses the implementation of some control strategies, without making use of mechanical sensors, for motor drives commonly used in white goods. In this way, initially, it is made a literature review about the system to be controlled, explaining about the different types of engines, discussing its details and classification, focusing particularly on permanent magnet synchronous motors. Thus, in order to facilitate the understanding of the control system, it is presented both the machine model as the known methods to control it. Then, a brief introduction to vector control with constant torque angle, which is the control approach used in this work. Thus, knowing the particularities involved in motor control, and knowing the problems inherent in the use of mechanical sensors at the control designs, it is presented various techniques that do not use these devices. Further, it is explained about the classification, advantages and restrictions related to these approaches, discussing three of them in a more specific way: using sliding mode approach; by adaptive models and neural networks. These respective techniques were simulated and then implemented on a trial bench, developed to analyze their characteristics facing pre-defined conditions in the machine drive. Finally, the results obtained were analyzed and discussed, based on similar implementations arranged in the literature. / O presente trabalho aborda a implementação de algumas estratégias de controle, sem fazer uso de sensores mecânicos de rotação, para o acionamento de motores comumente utilizados em produtos da linha branca. Deste modo, inicialmente, faz-se uma revisão bibliográfica acerca do sistema a ser controlado, explanando sobre os tipos de motores existentes, discutindo seus detalhes e classificação, focando particularmente, nos motores síncronos de ímãs permanentes. Com isso, visando facilitar o entendimento do sistema de controle em questão, apresenta-se tanto o modelo da máquina quanto os métodos conhecidos para controlá-la. Em seguida, é feita uma breve introdução ao controle vetorial com ângulo de torque constante, que é a abordagem de controle utilizada neste trabalho. Assim, sabendo das particularidades envolvidas no controle do motor, e conhecendo os problemas inerentes à utilização de sensores mecânicos nos projetos de acionamento, apresentam-se diversas técnicas que não fazem uso destes dispositivos. Na sequência, explana-se sobre a classificação, vantagens e restrições relacionadas a estas abordagens, discutindo três delas de forma mais específica: por modos deslizantes; por modelos adaptativos e por redes neurais. Essas respectivas técnicas foram simuladas e, posteriormente, implementadas em bancada experimental, desenvolvida para analisar suas características frente à condições pré-definidas no acionamento da máquina. Por fim, os resultados obtidos foram analisados, e discutidos, com base em implementações semelhantes dispostas na literatura.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre da Silva Correa.pdf: 3150015 bytes, checksum: 8df17c41e03f4cea1d464cb6c5d5b970 (MD5) Previous issue date: 2015-02-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Given the increased contribution of wind farms under complementarity the generating units of electricity derived from petroleum, thermoelectric or hydroelectric energy matrix constituents of countries around the world, this dissertation investigates the advantages and disadvantages between the two main topologies currently used by rogue wind generation. Comparisons between the Doubly Fed Induction Generator and Permanent Magnet Generator are developed in order to establish the different dynamic behavior of each type of wind unit. The constituent parts of wind turbines are studied, performed the modeling and usual control methods are discussed. The simulations were performed in a computer program Matlab / Simulink® whose control models were developed according to the literature, as well as the respective block diagrams for each model. / Diante do crescimento da contribuição dos parques eólicos em regime de complementaridade às unidades geradoras de energia elétrica derivadas de petróleo, termoelétricas ou hidroelétricas constituintes da matriz energética de países espalhados pelo mundo, a presente dissertação de mestrado investiga as vantagens e desvantagens entre as duas principais topologias utilizadas atualmente para geração eólica. São estabelecidas comparações entre o Gerador de Indução Duplamente Alimentado e o Gerador de Ímãs Permanentes, a fim de se estabelecer os diferentes comportamentos dinâmicos de cada tipo de unidade eólica. São estudadas as partes constituintes de aerogeradores, realizadas as modelagens e discutidos os métodos de controle usuais. As simulações foram realizadas em programa computacional Matlab/Simulink®, cujos modelos de controle foram desenvolvidos de acordo com a literatura, assim como os respectivos diagramas de bloco para cada modelo.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Permanent magnet motors possess high efficiency and can be commercially competitive. The main purpose of this paper is to describe a low cost four-switch brushless dc motor drive with compensated direct current controlled our compensated hysteresis strategy. The description of the mathematical model is used in the computational simulation models to four-switch and six-switch. These results are here compared in an experimental model of drive, where the six-switch PWM drive and hysteresis drive is compared to the four-switch hysteresis compensated drive and not compensated drive. The four-switch drive has the potential to reduce costs by reducing the number of switches in commercial, industrial and residential applications. / Motores a ímãs permanentes possuem alta eficiência e podem ser competitivos comercialmente em aplicações de potência fracionária. O trabalho apresenta uma estratégia de acionamento a quatro chaves para o motor de corrente contínua a ímãs permanentes sem escovas, com uma estratégia a baixo custo por meio do controle direto de corrente, ou controle por histerese compensado. A descrição do modelo matemático é utilizada em modelos de simulação computacionais a quatro e a seis chaves. Estes resultados são aqui comparados em um modelo experimental de acionamento, onde o acionamento a seis chaves por PWM e histerese é comparado à estratégia a quatro chaves por histerese compensado e por histerese não compensado. O acionamento a quatro chaves tem potencial para redução de custos devido à redução do número de chaves e pode ser utilizado em aplicações comerciais, industriais e residenciais. / Mestre em Ciências

Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto. / Este trabalho descreve o desenvolvimento e caracterização de uma máquina elétrica para aplicação em sistemas de tração automotiva. Compreende o estudo e a análise do perfil de carga e das grandezas eletromagnéticas e eletromecânicas através da construção de modelos analíticos, numéricos e experimentais. Através destes, são propostos critérios para o dimensionamento geométrico e para a escolha dos materiais. A topologia da máquina elétrica possui fluxo axial no entreferro, duplo rotor com ímãs permanentes setoriais, núcleo estator toroidal sem ranhuras e enrolamentos setoriais. Os modelos analíticos tridimensionais para a geometria e o volume dos enrolamentos são uma contribuição relevante em termos científicos. Experimentalmente, a máquina é acionada como gerador síncrono, com um rendimento interno de até 91,75%. Como gerador em regime de frenagem regenerativa obteve-se um rendimento interno de 78,61% no barramento CC. Ao final, utilizando o modelo automotivo de perdas, é feita uma análise em regime permanente do sistema acoplado, visando à caracterização da eficiência energética global do sistema. Os resultados obtidos permitem uma avaliação adequada da máquina no modo de operação proposto.

A determinação das principais propriedades magnéticas de um ímã permanente geralmente requer sistemas de medição sofisticados e custosos. Este trabalho analisa e propõe um sistema de caracterização de ímãs permanentes de Terras Raras e Cerâmicos à temperatura ambiente de baixo custo e de implementação mais simples. Para isso, o Histerisímetro de Entreferro Variável, HEV, é concebido e estudado. Ele consiste de um circuito magnético formado pelo ímã permanente sob caracterização, uma culatra de aço, um entreferro variável, bobinas de magnetização e desmagnetização de baixa potência, uma sonda de efeito Hall com seu respectivo gaussímetro, um fluxímetro com sua bobina exploradora, o circuito eletrônico de comando das bobinas de excitação e a interface a um sistema de instrumentação virtual. Para demonstrar os desenvolvimentos do trabalho são apresentados o estado da arte da caracterização dos ímãs permanentes, conceitos básicos de magnetismo em relação aos ímãs permanentes, instrumentação necessária para sua caracterização, a concepção e modelagem do HEV, os resultados dos testes realizados e uma abrangente análise de suas incertezas. Com isso é demonstrado que o Histerisímetro de Entreferro Variável é uma alternativa de caracterização de ímãs permanentes com desmagnetização linear com incertezas dentro do que é definido pela norma. / The determination of the main magnetic properties of permanent magnets usually requires sophisticated and expensive measuring systems. This work analyses and proposes a low-cost system for the characterization of Rare Earth and Ceramics permanent magnets at room temperature with simpler implementation. It comprehends a magnetic circuit with the permanent magnet under test, a steel yoke with appropriate pole pieces, a variable air gap, low power magnetization and demagnetization coils, a Hall Effect probe with its respective gaussmeter, a fluxmeter with its own search coil, a coil driver electronic circuit and a virtual instrumentation system (computer plus graphical interface software). To demonstrate the developments of the work, it is presented the state of the art of permanent magnets characterization, basic concepts of magnetism related to permanent magnets, the instrumentation required for its characterization, the HEV design and modeling, the results of the tests and a comprehensive analysis of related uncertainties. Thus, it is shown that the Variable Gap Hysteresimeter is an alternative characterization system for linear demagnetization permanent magnets with uncertainties within those defined by the standards.