Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEduardoCoppoliFinal30ago2011.pdf: 3181243 bytes, checksum: 92f18a357bb128aeb133a3854958d1e9 (MD5) Previous issue date: 2011-10-27 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / Métodos sem malha constituem uma classe de métodos numéricos usualmente aplicados na solução de equações diferenciais parciais (PDE). A principal característica destes métodos é que os mesmos não necessitam de uma malha como a usada nos métodos de elementos finitos. Esta característica pode ser bastante útil quando se esta modelando estruturas móveis, situação onde geralmente se necessita de um processo de reconstrução da malha. Este trabalho apresenta soluções para alguns dos principais aspectos encontrados na modelagem de dispositivos eletromagnéticos através do método sem malha denominado Element-Free Galerkin Method. Problemas como descontinuidade de materiais, domínios periódicos, imposição de condições de contorno essenciais, acoplamento entre as equações de campo e de circuito e modelagem de movimento são tratados nesta tese. Problemas de eletromagnetismo com materiais descontínuos constituem uma situação muito comum e são a causa de alguns problemas para os métodos sem malha. Geralmente esta característica leva a oscilações espúrias nas curvas do campo elétrico e magnético. Para se resolver este tipo de problema é proposta a utilização de funções de peso especiais na implementação do método. O uso de funções de peso especiais também permitira que a imposição das vii condições de contorno essenciais seja feita de maneira similar ao Método de Elementos Finitos. Este tipo de função propiciara também a simplificação da formulação variacional e do código computacional. Uma nova abordagem para o tratamento de problemas com fronteiras periódicas é proposta, fazendo uso de funções de peso especiais e na manipulação do sistema de equações. Este trabalho também apresenta um método que permite o acoplamento entre equações de circuito e do campo magnético no domínio do tempo para o EFGM. Para tal, uma maquina de indução trifásica é usada como exemplo, sendo apresentadas suas equações acopladas entre campo magnético e circuito magnético e circuito elétrico. Como etapa final do trabalho uma abordagem de modelagem do movimento desta maquina elétrica é proposta.

This work develops a new mathematical model to the salient pole synchronous machines (SPSM), based on the abc reference system. The model considers the distribution and coil pitch factors of windings and develops a new function for the variable air gap, generated by the curvature of the polar mass. As a result, the development of the modeling takes into account the spatial harmonic components of: magneto motive force MMF(θ)h, electromagnetic ux density B(θ)h and variation function of the air gap g(θ)h. It is also proposed a new and simplied methodology using the locked rotor tests, volt-ampere method, to obtain the constants of the synchronous machine design, which allow the calculation of the modeling parameters and the terminals magnitudes determination. It presents also contributions to traditional methods of obtaining experimental inductances, using the locked rotor test. Yet it develops procedures and makes the simulation of the main temporal magnitudes at the generator terminals connected to the utility grid, electrical torque, speed, voltage and current. The model is validated through the theoretical and experimental confrontation of inductances, and also of the voltages and currents at the generator terminals connected to the utility grid. / Este trabalho desenvolve uma nova modelagem matemática para as máquinas síncronas de polos salientes (MSPS), baseada no sistema abc de referência. A modelagem considera os fatores de distribuição e de passo de bobina dos enrolamentos e desenvolve uma nova função para o entreferro variável, gerado pela curvatura da sapata polar. Como conseqüência o desenvolvimento da modelagem leva em consideração os componentes harmônicos espaciais de: força magneto motriz FMM(θ)h, densidade de uxo eletromagnético B(θ)h e da função de variação do entreferro g(θ)h. É também proposto uma nova e simplificada metodologia a partir dos testes de rotor bloqueado, método volt-ampere, para a obtenção das constantes de projeto da máquina síncrona que possibilitam os cálculos dos parâmetros da modelagem, bem como a determinação das grandezas terminais. Também apresenta contribuições aos métodos tradicionais de obtenção de indutâncias experimentais, a partir dos testes de rotor bloqueado. Ainda desenvolve os procedimentos e faz a simulação das principais grandezas temporais nos terminais do gerador conectado à rede da concessionária: torque elétrico, velocidade, corrente e tensão. A modelagem é convalidada através das confrontações teórico-experimental das indutâncias, e também dos resultados de correntes e tensões nos terminais do gerador conetado à rede da concessionária. / Doutor em Ciências