O objetivo deste trabalho é desenvolver a simulação de um sistema de controle de velocidade para compressores herméticos domésticos utilizando motores brushless DC controlados por uma estratégia do tipo sensorless. O ponto central é o desenvolvimento da simulação global de controle a partir de um modelo adequado do motor BLDC com base no programa Matlab/Simulink. São abordadas algumas estratégias de controle sensorless além de alguns métodos de partida para este tipo de máquina. As estratégias de controle e partida propostas para o trabalho são analisadas detalhadamente e simuladas através do Matlab em ambiente Simulink utilizando as ferramentas do power system blockset (PSB). Os resultados destas simulações são apresentados e discutidos no final deste trabalho. / The aim of this work is to develop the simulation of a speed control system for household hermetic compressors using brushless DC motors controlled by a sensorless strategy. The main point of the work is the development of the control global simulation from a suitable BLDC motor model based on Matlab/Simulink program. Some sensorless control strategies and even some starting methods for this type of machine are approached. The control and starting strategies proposed for this work are analyzed in detail and simulated by Matlab in Simulink program using power system blockset (PSB) tools. The simulation results are presented and discussed at the end of this work.

O objetivo deste trabalho é desenvolver a simulação de um sistema de controle de velocidade para compressores herméticos domésticos utilizando motores brushless DC controlados por uma estratégia do tipo sensorless. O ponto central é o desenvolvimento da simulação global de controle a partir de um modelo adequado do motor BLDC com base no programa Matlab/Simulink. São abordadas algumas estratégias de controle sensorless além de alguns métodos de partida para este tipo de máquina. As estratégias de controle e partida propostas para o trabalho são analisadas detalhadamente e simuladas através do Matlab em ambiente Simulink utilizando as ferramentas do power system blockset (PSB). Os resultados destas simulações são apresentados e discutidos no final deste trabalho. / The aim of this work is to develop the simulation of a speed control system for household hermetic compressors using brushless DC motors controlled by a sensorless strategy. The main point of the work is the development of the control global simulation from a suitable BLDC motor model based on Matlab/Simulink program. Some sensorless control strategies and even some starting methods for this type of machine are approached. The control and starting strategies proposed for this work are analyzed in detail and simulated by Matlab in Simulink program using power system blockset (PSB) tools. The simulation results are presented and discussed at the end of this work.

Orientador: Michael John Brennan / Resumo: A independência funcional para indivíduos com deficiência motora é indispensável para a qualidade de vida, principalmente quando se considera tarefas como o autocuidado (incluindo a higiene pessoal), as transferências e locomoção. Essa pesquisa apresenta um triciclo inovador para pessoas com paraplegia ou alguma deficiência motora dos membros inferiores, desenvolvido com duas forma de acionamento: cíclico manual (handbike) e elétrico. A estrutura tubular foi elaborada com liga de alumínio 6063 - T5. A plataforma ANSYS Academic versão 19.2 foi empregada para uma análise estrutural do chassi do equipamento. O chassi foi submetido num ensaio de carregamento estático progressivo de até 1200 N aproximadamente. O deslocamento onde apoia os pés do usuário foi medido por um relógio comparador de precisão de 0,01 mm. O deslocamento da plataforma inferior de apoio dos pés apresentou uma divergência de aproximadamente 4% se comparado com os dados obtidos pela plataforma ANSYS. Assim, validando a análise teórica pela plataforma ANSYS e confirmando que a estrutura fabricada por dobramento e solda TIG suporta com segurança um usuário de até 100 kg. Parâmetros relacionados ao sistema elétrico de acionamento do motor brushless de 1000 W foram obtidos por meio de sensores de corrente e voltagem, assim como parâmetros de desempenho mecânico foram obtidos empregando uma célula de carga de fundo de escala de 2kN para análise de força de tração e um sensor de velocidade. Os resultados indicam uma... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Functional independence for individuals with motor disabilities is essential for quality of life, especially when considering tasks such as self-care (including personal hygiene), transfers and locomotion. This research presents an innovative tricycle for people with motor deficiency of the lower limbs, developed with two forms of drive: manual cyclic (handbike) and electric. The tubular structure was made with 6063 - T5 aluminum alloy. The ANSYS Academic version 19.2 platform was used for a structural analysis of the equipment chassis. A static loading test of up to 1200 N was performed on the chassis. The deformation of support the user's feet was measured by a dial gauge with a 0,01 mm precision. The deformation of the lower footrest platform showed a divergence of approximately 4% when compared to the data obtained by the ANSYS platform. Thus, validating the theoretical analysis by the ANSYS platform and confirming that the structure manufactured by TIG welding safely supports a user of up to 100 kg. Parameters related to the electric drive system of the 1000 W brushless motor were obtained by means of current and voltage sensors, as well as mechanical performance parameters were obtained employing a load cell of 2kN for force analysis and a speed sensor. The results indicate an energy efficiency of the equipment of up to 92%. The maximum strength of the equipment is 500 N, which makes it possible to perform a climb with slope of 20º, approximately considering a user of 8... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

The aim of this diploma thesis is to design and implement a universal driver unit designed to control electric motors of small voltages – electronically commutated, DC and stepper. This involves creating topology and selecting appropriate components based on the required parameters. It also includes the manufacture of printed circuit board (PCB), soldering of the components and programming of the necessary functions. Thesis contains the analysis of three selected types of motors – the principle of operation, wiring and control. Testing of the control unit was performed at the end of the work.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This master thesis presents a sensorless speed control drive of Brushless DC motors used in reciprocating compressors. These compressors cause periodic load torque variations on the motor, consequently mechanical vibrations and acoustic noise are presented as well. As a result, a discrete speed controller based on the internal model principle is proposed. This controller aims to track the speed reference and to reduce the periodic torque disturbances caused by the compressor. The proposed controller consists of a rotor position and speed estimator, and a discrete speed controller with variable sampling frequency that depend on the rotor speed. The discrete estimator is based on the zero crossing point detection of the back-electromotive force. This method is optimized by using a Least Squares algorithm. The speed controller consists of two control actions, repetitive and proportional-derivative actions. In order to complement the drive system operation, a new procedure to start a BLDCM with current control is proposed. This technique ensures the maximization of the electromagnetic torque during startup and to avoid demagnetization of the permanent magnet by the stator current. Finally, simulation and experimental results are presented to demonstrate the performance of the techniques adopted, as well as the main advantages, disadvantages and operational limitations of the experimental implementation. In addition, the performance of the load torque rejection is evaluated by comparing the harmonic spectrum of the torques produced by the proposed speed controller and a PI controller. / Esta dissertação apresenta um sistema de acionamento e controle de velocidade sensorless para motores Brushless DC utilizados em compressores alternativos. Estes compressores provocam variações periódicas de carga sobre o motor causando vibrações mecânicas e ruído acústico. Em vista disso, um controlador discreto de velocidade baseado no princípio do modelo interno é proposto. Este controlador visa o rastreamento assintótico de uma velocidade de referência e a redução dos distúrbios cíclicos de conjugado provocados pelo compressor. Para isso, o sistema proposto é constituído por um estimador discreto da posição e da velocidade do rotor, e um controlador discreto de velocidade com frequência de amostragem variável em função da velocidade de rotação. O estimador discreto baseia-se na deteção do cruzamento da força contra-eletromotriz por zero, a qual é otimizada por meio de um algoritmo de Mínimos Quadrados. O controlador de velocidade é composto por duas ações de controle, uma ação repetitiva e uma proporcionalderivativa. De forma a complementar a operação do sistema de acionamento, um novo procedimento de partida com controle de corrente é proposto para o BLDCM. Este procedimento possibilita a maximização do conjugado eletromagnético do motor durante a partida e ainda evita a desmagnetização dos ímãs pela incidência de altas correntes estatóricas. Por fim, resultados de simulação e experimentais são apresentados para demonstrar o desempenho das técnicas adotadas, assim como as principais vantagens, desvantagens e limitações operacionais da implementação experimental. Além disso, a performance da rejeição parcial do conjugado de carga é avaliada com a comparação do espectro harmônico dos conjugados produzidos pelo controlador de velocidade proposto e por um controlador proporcional-integral.

Given today’s trend with environment being very important, there has been an ongoing attempt in the rotating machine industry to create machines with highest efficiency possible. And so, permanent magnet synchronous machines represent types of machine with very high efficiency and are gradually replacing other machines in many applications. This work deals with familiarization of the properties of permanent magnet synchronous motor as well as typical design choices. The main focus of this work is the design of permanent magnet EC motor and following comparison of results obtained from analytical design and analysis in the RMxprt program. Finally, the results of design methods are compared.

O presente trabalho apresenta uma transformação dq não senoidal e sua aplicação em máquinas síncronas com ímã permanente na superfície do rotor (MSIP) e forma de onda de FEM não senoidal. O modelo resultante da aplicação dessa transformação permite o controle direto do torque eletromagnético, permitindo reduzir as ondulações do torque produzido nesse tipo de máquina. A redução dessas ondulações em MSIPs não senoidais possibilita que esse tipo de máquina seja empregado em aplicações onde somente MSIPs senoidais, que possuem custo mais elevado, poderiam ser usadas. Simulações e resultados práticos, obtidos pela implementação do sistema de controle vetorial não senoidal desenvolvido, são apresentados no trabalho. Pelos resultados obtidos, pode-se verificar que o método proposto é eficaz na redução das ondulações do torque eletromagnético em MSIPs não senoidais. / This work presents a non-sinusoidal dq transformation and its application in permanent- magnet synchronous machines (PMSM) with a non-sinusoidal back-EMF waveform. The resulting model of the application of such transformation permits direct control of machine electromagnetic torque, which achieves the reduction of torque ripple. The reduction of torque ripple in non-sinusoidal PMSMs makes possible the use of this kind of PMSM instead of sinusoidal PMSMs, which are more expensive. Simulation and practical results, obtained by the implementation of such non-sinusoidal vectorial control system, are shown in this work. Those results show that the method presented is efficacious in the torque ripple reduction in non-sinusoidal PM synchronous machines.

O objetivo desse trabalho é o estudo e a análise do desempenho de máquinas brushless com ímã permanente no rotor, com fluxo de entreferro não senoidal. São consideradas máquinas brushless com ímã permanente na superfície do rotor. Três modelos matemáticos são considerados: o modelo por fase de estator, o modelo vetorial e o modelo velocidade-tensão de segunda ordem. Máquinas com diferentes tipos de enrolamento de estator são comparadas, incluindo as máquinas síncronas com ímã permanente no rotor (com a densidade dos enrolamentos distribuída de forma senoidal no estator). Os resultados para o torque eletromagnético das máquinas foram obtidos considerando-se dois tipos de acionamentos em malha aberta: um acionamento de seis pulsos e um acionamento senoidal. Por fim, um método de controle é apresentado para máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais, utilizando controle vetorial, são comparados aos das máquinas senoidais. / The aim of this work is to analyse the torque performance of brushless machines with non-sinusoidal distributed magnetic fluxes. The machine type considered is a surface mount permanent magnet brushless machine. Three mathematical models for the machine are considered: the per stator phase, the vectorial and the linear second order speed-voltage models. Machines with different stator windings are compared including the permanent magnet synchronous machines with sinusoidal distributed stator windings. The torque outputs of these machines are obtained considering two kinds of open loop driving systems: one with a six-pulse waveform and other with a sinusoidal waveform. Finally, a vectorial control is proposed for the non-sinusoidal machines. The torque ripple as well the overall performance of non-sinusoidal machines with vectorial control is compared to that of sinusoidal machines.

O presente trabalho apresenta uma transformação dq não senoidal e sua aplicação em máquinas síncronas com ímã permanente na superfície do rotor (MSIP) e forma de onda de FEM não senoidal. O modelo resultante da aplicação dessa transformação permite o controle direto do torque eletromagnético, permitindo reduzir as ondulações do torque produzido nesse tipo de máquina. A redução dessas ondulações em MSIPs não senoidais possibilita que esse tipo de máquina seja empregado em aplicações onde somente MSIPs senoidais, que possuem custo mais elevado, poderiam ser usadas. Simulações e resultados práticos, obtidos pela implementação do sistema de controle vetorial não senoidal desenvolvido, são apresentados no trabalho. Pelos resultados obtidos, pode-se verificar que o método proposto é eficaz na redução das ondulações do torque eletromagnético em MSIPs não senoidais. / This work presents a non-sinusoidal dq transformation and its application in permanent- magnet synchronous machines (PMSM) with a non-sinusoidal back-EMF waveform. The resulting model of the application of such transformation permits direct control of machine electromagnetic torque, which achieves the reduction of torque ripple. The reduction of torque ripple in non-sinusoidal PMSMs makes possible the use of this kind of PMSM instead of sinusoidal PMSMs, which are more expensive. Simulation and practical results, obtained by the implementation of such non-sinusoidal vectorial control system, are shown in this work. Those results show that the method presented is efficacious in the torque ripple reduction in non-sinusoidal PM synchronous machines.

O objetivo desse trabalho é o estudo e a análise do desempenho de máquinas brushless com ímã permanente no rotor, com fluxo de entreferro não senoidal. São consideradas máquinas brushless com ímã permanente na superfície do rotor. Três modelos matemáticos são considerados: o modelo por fase de estator, o modelo vetorial e o modelo velocidade-tensão de segunda ordem. Máquinas com diferentes tipos de enrolamento de estator são comparadas, incluindo as máquinas síncronas com ímã permanente no rotor (com a densidade dos enrolamentos distribuída de forma senoidal no estator). Os resultados para o torque eletromagnético das máquinas foram obtidos considerando-se dois tipos de acionamentos em malha aberta: um acionamento de seis pulsos e um acionamento senoidal. Por fim, um método de controle é apresentado para máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais. As ondulações no torque e o desempenho das máquinas não senoidais, utilizando controle vetorial, são comparados aos das máquinas senoidais. / The aim of this work is to analyse the torque performance of brushless machines with non-sinusoidal distributed magnetic fluxes. The machine type considered is a surface mount permanent magnet brushless machine. Three mathematical models for the machine are considered: the per stator phase, the vectorial and the linear second order speed-voltage models. Machines with different stator windings are compared including the permanent magnet synchronous machines with sinusoidal distributed stator windings. The torque outputs of these machines are obtained considering two kinds of open loop driving systems: one with a six-pulse waveform and other with a sinusoidal waveform. Finally, a vectorial control is proposed for the non-sinusoidal machines. The torque ripple as well the overall performance of non-sinusoidal machines with vectorial control is compared to that of sinusoidal machines.