O Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo do Subsolo MATÆOS foi desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) com a função de acionar diretamente uma bomba de sucção, instalada no fundo de um poço de petróleo em terra. Dando continuidade aos trabalhos realizados na EPUSP envolvendo sistemas de levitação magnética, foi desenvolvido um mancal magnético ativo (AMB - Active Magnetic Bearing), aplicado ao protótipo do motor em substituição ao mancal mecânico tradicional existente. O projeto abrange a construção de um protótipo de mancal magnético composto das partes mecânicas, elétricas e de software necessárias ao funcionamento do sistema. O projeto do eletroímã foi realizado por meio do método dos elementos finitos (MEF), para análise da densidade de fluxo e da relação entre a força radial e a corrente elétrica nas bobinas. O controle da levitação do mancal é realizado por meio de controlador digital com placas conversoras AD/DA e algoritmo de controle implementado em hardware FPGA. Utilizando o modelo do sistema, os controladores são sintonizados para atender aos requisitos de estabilidade e rejeição de perturbações, que desviem o entreferro do seu valor nominal. Na configuração do AMB, ao invés do sistema tradicional com oito pólos, um conceito diferente é adotado. Neste, uma máquina primitiva bearingless é excitada com corrente contínua e usada como mancal magnético. Os resultados experimentais obtidos com o protótipo em funcionamento mostram que o sistema em malha fechada é estável e apresenta uma resposta transitória satisfatória. / A tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MATÆOS (which is in the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation) was built at Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Its purpose is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. In continuing the research accomplished at EPUSP concerning magnetic levitation systems, an Active Magnetic Bearing (AMB) was developed and applied to the prototype of the motor in substitution to the existing traditional bearing. The design includes the construction of the magnetic bearing prototype composed of mechanical, electric and software components required to the operation of the system. The electromagnet design was accomplished using the Finite Element Method (FEM) in the analysis of both the flux density and the relationship between the radial force and the suspension winding current. The magnetic bearing levitation control is executed by a digital controller using an AD/DA converter and a control algorithm implemented in FPGA hardware. Using the system model, the controllers are tuned to provide both stability and rejection of disturbances that tend to move the air gap from its nominal value. Instead of the usual eight-pole AMB, a different concept is adopted where a DC-excited primitive bearingless machine is used as a magnetic bearing. The experimental results obtained with the prototype in operation show that the closed-loop system is stable and exhibits a satisfactory transient response.

O Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo do Subsolo MATÆOS foi desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) com a função de acionar diretamente uma bomba de sucção, instalada no fundo de um poço de petróleo em terra. Dando continuidade aos trabalhos realizados na EPUSP envolvendo sistemas de levitação magnética, foi desenvolvido um mancal magnético ativo (AMB - Active Magnetic Bearing), aplicado ao protótipo do motor em substituição ao mancal mecânico tradicional existente. O projeto abrange a construção de um protótipo de mancal magnético composto das partes mecânicas, elétricas e de software necessárias ao funcionamento do sistema. O projeto do eletroímã foi realizado por meio do método dos elementos finitos (MEF), para análise da densidade de fluxo e da relação entre a força radial e a corrente elétrica nas bobinas. O controle da levitação do mancal é realizado por meio de controlador digital com placas conversoras AD/DA e algoritmo de controle implementado em hardware FPGA. Utilizando o modelo do sistema, os controladores são sintonizados para atender aos requisitos de estabilidade e rejeição de perturbações, que desviem o entreferro do seu valor nominal. Na configuração do AMB, ao invés do sistema tradicional com oito pólos, um conceito diferente é adotado. Neste, uma máquina primitiva bearingless é excitada com corrente contínua e usada como mancal magnético. Os resultados experimentais obtidos com o protótipo em funcionamento mostram que o sistema em malha fechada é estável e apresenta uma resposta transitória satisfatória. / A tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MATÆOS (which is in the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation) was built at Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Its purpose is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. In continuing the research accomplished at EPUSP concerning magnetic levitation systems, an Active Magnetic Bearing (AMB) was developed and applied to the prototype of the motor in substitution to the existing traditional bearing. The design includes the construction of the magnetic bearing prototype composed of mechanical, electric and software components required to the operation of the system. The electromagnet design was accomplished using the Finite Element Method (FEM) in the analysis of both the flux density and the relationship between the radial force and the suspension winding current. The magnetic bearing levitation control is executed by a digital controller using an AD/DA converter and a control algorithm implemented in FPGA hardware. Using the system model, the controllers are tuned to provide both stability and rejection of disturbances that tend to move the air gap from its nominal value. Instead of the usual eight-pole AMB, a different concept is adopted where a DC-excited primitive bearingless machine is used as a magnetic bearing. The experimental results obtained with the prototype in operation show that the closed-loop system is stable and exhibits a satisfactory transient response.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoaoCSF_DISSERT.pdf: 4517412 bytes, checksum: 2112619de393ca975c806fa334e083ff (MD5) Previous issue date: 2011-12-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Relevant researches have been growing on electric machine without mancal or bearing and that is generally named bearingless motor or specifically, mancal motor. In this paper it is made an introductory presentation about bearingless motor and its peripherical devices with focus on the design and implementation of sensors and interfaces needed to control rotor radial positioning and rotation of the machine. The signals from the machine are conditioned in analogic inputs of DSP TMS320F2812 and used in the control program. This work has a purpose to elaborate and build a system with sensors and interfaces suitable to the input and output of DSP TMS320F2812 to control a mancal motor, bearing in mind the modularity, simplicity of circuits, low number of power used, good noise imunity and good response frequency over 10 kHz. The system is tested at a modified ordinary induction motor of 3,7 kVA to be used with a bearingless motor with divided coil / Relevantes pesquisas v?m sendo desenvolvidas em m?quinas el?tricas sem mancais mec?nicos ou rolamentos e que s?o, genericamente, denominadas m?quinas sem mancais ou, em car?ter espec?fico, motor mancal. Neste trabalho faz-se uma abordagem introdut?ria sobre as m?quinas sem mancais e apresenta??o de seus dispositivos perif?ricos enfatizado o projeto e implementa??o de sensores e interfaces necess?rios ao controle de posicionamento radial do rotor e rota??o da m?quina. Os sinais oriundos da m?quina s?o condicionados ?s entradas anal?gicas do DSP TMS320F2812 e utilizados no programa de controle. Este trabalho tem por proposta elaborar e implementar um sistema envolvendo sensores e interfaces compat?veis as entradas e sa?das do DSP TMS320F2812, para controle de um motor mancal, tendo como foco a modularidade, simplicidade de circuitos, redu??o das fontes de alimenta??o, melhoria na imunidade a ru?dos e melhor resposta em frequ?ncia acima de 10 kHz. O sistema ? testado em um motor de indu??o de 3,7 kVA modificado para operar como uma m?quina sem mancais com bobinado dividido

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ValciFV_TESE.pdf: 3670403 bytes, checksum: d8b060478983488207d8885853eac60d (MD5) Previous issue date: 2012-11-05 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Electrical Motors transform electrical energy into mechanic energy in a relatively easy way. In some specific applications, there is a need for electrical motors to function with noncontaminated fluids, in high speed systems, under inhospitable conditions, or yet, in local of difficult access and considerable depth. In these cases, the motors with mechanical bearings are not adequate as their wear give rise to maintenance. A possible solution for these problems stems from two different alternatives: motors with magnetic bearings, that increase the length of the machine (not convenient), and the bearingless motors that aggregate compactness. Induction motors have been used more and more in research, as they confer more robustness to bearingless motors compared to other types of machines building with others motors. The research that has already been carried out with bearingless induction motors utilized prototypes that had their structures of stator/rotor modified, that differ most of the times from the conventional induction motors. The goal of this work is to study the viability of the use of conventional induction Motors for the beringless motors applications, pointing out the types of Motors of this category that can be more useful. The study uses the Finite Elements Method (FEM). As a means of validation, a conventional induction motor with squirrel-cage rotor was successfully used for the beringless motor application of the divided winding type, confirming the proposed thesis. The controlling system was implemented in a Digital Signal Processor (DSP) / Motores el?tricos transformam energia el?trica em energia mec?nica com relativa facilidade. Em algumas aplica??es particulares, necessita-se de motores el?tricos para trabalhar com flu?dos sem contamina??o, em regime de altas velocidades, em condi??es in?spitas, ou, ainda, em locais de dif?cil acesso e ? profundidade bastante consider?vel. Nestes casos, os motores com mancais mec?nicos, cujo desgaste ocasiona a necessidade de manuten??es, n?o s?o adequados. Uma solu??o poss?vel para este problema adv?m de duas alternativas: motores com mancais magn?ticos, que t?m o inconveniente de aumentar o comprimento da m?quina, e motores-mancais, que agregam compacidade. Motores de indu??o t?m sido cada vez mais utilizados em pesquisas, pois conferem maior robustez aos motores-mancais comparados a esses tipos de m?quinas constru?das com outros motores. As pesquisas j? realizadas com motores-mancais de indu??o utilizaram prot?tipos, cujas estruturas do estator e/ou rotor foram modificadas, diferindo em grande parte dos motores de indu??o convencionais. ? objetivo deste trabalho, estudar a viabilidade do uso dos motores de indu??o convencionais para a aplica??o de motores-mancais, apontando os tipos de motores dessa categoria que mais se ad?quam. O estudo utiliza o M?todo dos Elementos Finitos FEM. Como comprova??o, um motor de indu??o convencional com rotor gaiola de esquilo foi utilizado com sucesso para a aplica??o de motor-mancal do tipo enrolamento dividido, ratificando a tese proposta. O sistema de controle foi implementado em um Processador Digital de Sinais DSP