Apresenta-se neste trabalho uma plataforma de simulação, acionamento e controle de máquinas de indução trifásicas e pentafásicas, baseada na integração entre ambientes de simulação e de prototipação em tempo real. Esta plataforma é composta por ferramentas de software desenvolvidas para MATLAB/Simulink R que interagem com a plataforma de hardware dSPACE R DS1104, permitindo gerar aplicações diretamente do ambiente de simulação para acionamento da plataforma física de máquinas de maneira rápida e transparente para o usuário. Inicialmente é abordada a teoria que envolve o acionamento e o controle de máquinas de indução. Descrevem-se os modelos da máquina de indução trifásica e da máquina de indução pentafásica, o segundo incluindo efeitos de terceiro harmônico do campo do entreferro. Também são abordados os modelos de inversores de frequência e as técnicas, escalar V=f e vetorial por orientação indireta e direta de campo, de controle de máquinas de indução. Depois disso, são descritas as ferramentas de software desenvolvidas e também a plataforma de hardware utilizada. As ferramentas de simulação implementadas são validadas para permitir a reprodução da dinâmica das máquinas de indução, dos blocos sensores de corrente, velocidade e torque e do acionamento de potência. Além disso, são desenvolvidas ferramentas de controle que implementam as técnicas de controle V=f e orientação de campo, também incluindo blocos que implementam estimadores de fluxo, transformação de coordenadas e de referencial, entre outros. A integração entre o ambiente de simulação e a prototipação do algoritmo de controle é obtida por meio do uso do framework da plataforma dSPACE DS1104 e da implementação de ferramentas de tempo real que servem de link entre ambiente de simulação e de prototipação. Do ponto de vista do usuário da biblioteca proposta, a transição entre ambiente de simulação e de prototipação é realizada pela substituição de blocos de modelos por blocos de tempo real. O algoritmo de controle pode ser simulado em ambiente Simulink e diretamente compilado a partir deste para a plataforma dSPACE DS1104, onde será executado em tempo real. São criados experimentos que demonstram a aplicabilidade da plataforma proposta por meio da implementação em simulação e também em tempo real de controladores de velocidade para a máquina de indução trifásica e para a máquina de indução pentafásica. Utilizam-se as técnicas de controle escalar V=f e controle vetorial por orientação direta e indireta de campo. / In this work is presented a platform for simulation and prototyping of control techniques for 3-phase and 5-phase induction machines. It is developed a toolbox library in MATLAB/Simulink R to be used with dSPACE R DS1104 platform. The software tools and the hardware platform are both described and provide an integrated environment which allows the user to develop and evaluate control techniques for induction machines by means of pure simulation as well as executing them on an underlying hardware platform connected to the machine. The transition from simulation to a hardware platform is done transparently for the user using rapid prototyping tools. Firstly it is presented the induction machine control theory. The model for the 3- phase induction machine is described, as well as the model for the 5-phase machine. The model for the 5-phase induction machine allows the inclusion of the effects of the third harmonic of the air-gap field. The models for the power inverters with 3 and 5 phases are also described and the theory of the V=f control together with the theory of field oriented control are detailed. The developed software tools for simulation, control and real time execution of control techniques are explained in details and the hardware implementation for signals instrumentation are also presented. The integration between software simulation and real time execution is achieved by means of the use of the dSPACE R DS1104 framework together with the real time tools developed in MATLAB R . From the user point-of-view, the transition from simulation environment to real time execution environment is achieved by simply changing the model blocks by the real time blocks, both developed in the proposed framework library. The real time environment can be compiled inside Simulink and the algorithm can be loaded into DS1104 board to be executed. Experiments that demonstrate the applicability of the proposed framework are presented which implement the V=f, indirect field oriented and direct field oriented controls on both, 3-phase and 5-phase, induction machines.

Comumente, as máquinas de indução são projetadas para atuarem como motores. Assim, a presente tese objetiva estudar, analisar e construir um protótipo de máquina de indução concebida para atuar, exclusivamente, como gerador de indução, ou seja, impulsionada acima da velocidade síncrona. As características operacionais ideais em regime permanente são elaboradas intentando diretrizes de projeto. Concomitantemente, o estudo apresenta e investiga modelagens analíticas obtidas por parâmetros concentrados e, também, modelagens numéricas realizadas pelo método dos elementos finitos. Para isto, um gerador de indução trifásico de 2,2 kW tem o rotor do tipo gaiola de esquilo com ranhuras assimétricas projetado e prototipado. O protótipo do gerador de indução visa melhores características de desempenho como o fator de potência e menores perdas, por exemplo, que uma máquina de indução de mesma potência projetada para atuar como motor, mas funcionando como gerador interligado à rede em regime permanente. Os resultados analíticos, numéricos e experimentais em regime permanente do protótipo do gerador de indução e de um motor de indução de mesma potência, mas funcionando como gerador interligado à rede, são apresentados e comparados. Os resultados experimentais obtidos mostram valores nominais de 0,77 e 83,04% de fator de potência e rendimento, respectivamente, para o funcionamento da máquina convencional no ponto de operação próximo ao valor de corrente nominal. Para a máquina de indução projetada como gerador, os valores nominais de 0,82 e 81,35% de fator de potência e rendimento, respectivamente, foram obtidos no ponto de operação próximo ao valor de corrente nominal. / Commonly, induction machines are designed to act as motors. Thus, the present thesis aims to study, analyze and build a prototype of an induction machine designed to work exclusively as induction generator, i.e. driven above synchronous speed. The optimal steady state operating characteristics are elaborated by bringing design guidelines. Concomitantly, this study investigates and presents analytical modeling obtained by lumped parameters and also numerical modeling carried out by the finite element method. Thus, a three-phase squirrel cage induction generator of 2.2 kW with asymmetric rotor slots has designed and prototyped. The prototype of the induction generator aims best performance characteristics such as power factor, for example, than an induction machine of the same power designed to act as a motor, but functioning as generator parallel with the grid. Analytical, numerical and experimental results in steady state operation of the induction generator prototype and of an induction motor of the same power, but functioning as generator parallel with the grid, are presented and compared. The experimental results show nominal values 0.77 and 83.04% of power factor and efficiency, respectively, for the conventional machine in the operating point close to the value of rated current. For the induction machine designed as a generator, the nominal values 0.82 and 81.35% of power factor and efficiency, respectively, were obtained in the operating point close to the value of rated current.

Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia de otimização multiobjetivo baseada no NSGA-II (Nondominated Sorting Genetic Algorithm), a qual visa a otimização do projeto de máquinas de indução pentafásicas. A escolha deste tipo de máquina se justifica pelo fato de que elas apresentam vantagens importantes quando comparadas com as trifásicas convencionais, tais como maior potência e maior torque para um mesmo volume de material ativo, além da possibilidade de operar na ocorrência de falhas (perda de uma ou duas fases). Na otimização de máquinas de indução vários objetivos podem ser definidos, sendo estes muitas vezes conflitantes. Neste contexto, este trabalho visa obter soluções que representam um compromisso entre dois objetivos: rendimento e custo do material ativo (ferro e material condutor). O algoritmo de otimização desenvolvido e implementado utiliza dois controles de diversidade da população, um baseado no fenótipo dos indivíduos, que é característico do NSGA-II, e outro adicional que é baseado no genótipo. A geometria do estator e do rotor da máquina e o seu modo de acionamento são parametrizados por 14 variáveis inteiras. O método desenvolvido foi implementado no Matlab R e aplicado a um caso prático de otimização de uma máquina de indução pentafásica considerando os dois objetivos citados. Os resultados práticos mostram que o método é capaz de obter projetos otimizados com maior rendimento e menor custo aproveitando as características particulares deste tipo de máquina. / In this work, it is developed a method of multiobjective optimization based on NSGAII (Nondominated Sorting Genetic Algorithm), which aims at optimizing the design of five-phase induction machines. The choice of this particular type of machine is justified by the fact that they have important advantages over conventional three-phase machines, such as higher power and higher torque for the same volume of material; in addition, they can operate under fault (loss of one or even two phases). When optimizing induction machines, several objectives can be defined, which are often conflicting. In this context, this work aims to obtain solutions that represent a trade-off between two objectives: efficiency and cost of active material (iron and conductor materials). The optimization algorithm that was developed and implemented uses two types of control for the diversity of the population, one based on the phenotype of the individuals, characteristic of the NSGA-II, and another one based on the genotype. The geometrical dimensions of the stator and rotor, together with the driving strategy, are parameterized by 14 integer variables. The developed method was implemented using Matlab R and applied to a practical case of a five-phase induction machine considering the aforementioned objectives. The practical results show that the method can lead to an optimized design with higher efficiency and at a lower cost, accounting for the special characteristics of this type of machine.

Este trabalho tem como objetivo investigar a máquina de indução funcionando como gerador. Para isso, são pesquisadas as normas e requisitos para operação interligada à rede de distribuição até o presente momento. Os parâmetros elétricos referente ao circuito equivalente monofásico da máquina de indução de 15 kW, pertencente a um grupo gerador a biogás, são levantados, realizando-se uma caracterização e modelamento destes parâmetros. Os resultados teóricos obtidos têm o intuito de predizer o comportamento das grandezas elétricas quando o grupo gerador operar em condições nominais, interligado a rede de distribuição. Também, estes resultados teóricos são comparados com valores medidos em ensaios de campo utilizando um motor CC de 10 kW como máquina primária. / This study aims at investigate the induction machine operating as a generator. For this, we researched the standards and requirements for the operation connected to the distribution grid to the present date. The electrical parameters concerning the equivalent circuit per phase of a 15 kW induction machine are raised, this machine is part of a small biogas plant. An appropriate characterization and modeling of these parameters are realized and the theoretical results obtained are intended to predict the behavior of electrical units when the generator is placed at nominal operation. Also, these theoretical results are compared with experimental measurements using a 10 kW DC motor as primary mover.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-24T12:51:24Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2705219 bytes, checksum: cb06011410866630871a99b2788703f1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-24T12:51:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2705219 bytes, checksum: cb06011410866630871a99b2788703f1 (MD5) Previous issue date: 2015-10-26 / The three-phase induction motors are the most important way for electromechanical conversion, being present in almost every industrial process. Because of their importance, it is crucial that these devices have a proper predictive maintenance, avoiding lost production and operational accidents in the event of unexpected failures. In this scenario several researchers have conducted studies to detect incipient faults. About the sensing method used, the most common techniques are related to measuring the vibration levels using accelerometers and measuring electrical motor signals. The choice of technique involves factors such as invasiveness, drive motor type and the sensitivity to failure. The purpose of this work involves the development of a hybrid system that uses data collected by vibration and current sensors for fault detection in induction motors, earlier and more efficiently. The current and vibration signals were processed in the frequency domain and through the multiresolution analysis, serving as inputs of a fuzzy logic system, allowing to increase the sensitivity and efficiency in fault detection techniques in relation to the individual. The unbalance failure was investigated on a workbench with the motor coupled to a propeller and broken bars with another bench with DC motor to apply the load, the best methods being chosen in each case. The system was developed in Matlab software and was validated with correct detection for both failures, being able to detect the unbalance failure on the shaft or propeller as broken bars in different load conditions. / O motor de indução trifásico é o principal meio de conversão eletromecânica existente, estando presente em praticamente todos os processos industriais. Devido à sua importância, é fundamental que estes equipamentos tenham uma correta manutenção preditiva, evitando perda de produção e acidentes operacionais em caso de falhas inesperadas. Diante deste cenário vários pesquisadores têm realizado estudos para detecção de falhas incipientes. Quanto ao método sensor utilizado, as técnicas mais comuns estão relacionadas a medição dos níveis de vibração utilizando acelerômetros e medição de sinais elétricos do motor. A escolha da técnica envolve fatores como a invasividade, tipo de acionamento do motor e a sensibilidade à falha. A proposta deste trabalho envolve o desenvolvimento de um sistema híbrido que utilize dados coletados por sensores de vibração e de corrente para detecção de falhas incipientes em motores de indução trifásicos de maneira mais precoce e eficiente. Os sinais de corrente e de vibração foram processados no domínio da frequência pela transformada de Fourier e através da análise multiresolução, servindo como entrada para sistemas de lógica Fuzzy, permitindo que se aumente a eficiência na detecção da falha em relação às técnicas individuais. Foi investigada a falha de desbalanceamento em uma bancada com o motor acoplado a uma hélice e barras quebradas em outra bancada com motor de corrente contínua acoplado para aplicar a carga, sendo escolhidos os melhores métodos em cada caso. O sistema foi desenvolvido no software Matlab e foi validado através de diagnósticos corretos para ambas as falhas, sendo capaz de detectar a falha de desbalanceamento tanto na hélice quanto no eixo e de barras quebradas em diferentes condições de carga.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Resumo - Rogerio Pinho Dias.pdf: 124846 bytes, checksum: 695e36f2af2139d1d4a624a0e573473f (MD5) Previous issue date: 2008-02-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a study for implementation of the control of limitation of electromagnetic torque develops for three-phase induction motor in soft-starters applications. The proposed method is based on the electromagnetic torque estimation from the measurement of stator currents and the stator voltages. The related problems to the stator flux estimation by pure integration of the equation of the stator voltages are minimized with use of low pass filters in the place of pure integrators and high pass filter at the analogical input to eliminate the measurement offset error. The amplitude and phase errors resultant of the filtering process are reduced with the use of a factor of correction in the final stage of integration. Gotten experimental results validate the proposed method showing its viability in applications where the objective is to control only the start or stop process of three-phase induction motors and possibility the applications with soft-starter - to any type of load that does not need speed variation in permanent regimen. / Este trabalho apresenta um estudo para implementação de um controle de limitação do torque eletromagnético produzido pelo motor de indução trifásico para aplicação em chaves eletrônicas de partida suave. O método proposto é baseado na estimação do torque eletromagnético através da medição das correntes e tensões estatóricas. Os problemas relacionados à estimação do fluxo estatórico através da integração da força contra eletromotriz são minimizados com a utilização de filtros passa baixa no lugar dos integradores puros e de filtros passa alta nas leituras analógicas das tensões e correntes estatóricas. Os erros de amplitude e fase devidos aos processos de filtragem são reduzidos com a utilização de um fator de correção na etapa final de integração. Resultados experimentais validam o método proposto mostrando a viabilidade de sua aplicação no controle dos processos de partida e parada do motor de indução trifásico, possibilitando assim, a aplicação das chaves eletrônicas de partida suave - a qualquer tipo de carga - que não necessite da variação de velocidade em regime permanente

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rafael Campos resumo.pdf: 28958 bytes, checksum: c0306d4f10c2c1dab1c5e8750f4a0ea1 (MD5) Previous issue date: 2008-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work is to study the rotor flux vector control applied to a single-phase induction motor drive. Initially, a mathematical model of the motor will be derived. The motor equations will be transformed to the stationary reference frame so that the angular dependency due to the asymmetry of the motor variables is eliminated. Then is discussed that single-phase induction motor can be viewed as a two-phase system. A mathematical model to derive the motor parameters is presented. The next step is to analyze the rotor flux vector control, pointing out the need for a symmetry transformation of the motor parameters. Two control methods are presented: direct rotor flux control and indirect rotor flux control. Theses control methods are validated through numerical simulations. Experimental analyses making use of a digital signal processor are carried out. The results obtained show the good dynamic response when the vector control method is applied to a single-phase induction motor drive system. / Este trabalho tem por objetivo estudar o acionamento do motor de indução utilizando o método de controle vetorial por fluxo de rotor. Inicialmente, desenvolvido o modelo matemático do motor de indução monofásico transformado o eixo estacionário para que seja eliminada a dependência angular das variáveis do devido à assimetria dos parâmetros do motor. É observado que o motor monofásico pode ser apresentado em configuração bifásica. Em seguida, um estudo de netrização do motor é realizado. O controle vetorial é analisado na seqüência, observando a necessidade de simetria dos parâmetros do motor para que haja um controle o do motor. São considerados dois métodos: controle direto do fluxo de rotor e indireto do fluxo de rotor. Analisa-se, também, o comportamento do controle de simulações numéricas Na seqüência,implementa-se experimentalmente o controle utilizando um processador digital de sinais. Os resultados obtidos mostram que o estudado ao ser aplicado ao motor de indução monofásico apresenta uma boa ta dinâmica para o sistema, tanto para método direto quanto para o método indireto.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2073889 bytes, checksum: df5e3780835b90ebdd638d4b8a4d38fb (MD5) Previous issue date: 2011-09-19 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work consists of developing a system for position control of a three phase induction motor for positioning systems, using the technique of vectorial control in quadrature with the rotor flux. Several applications make use of this control, such as robot manipulators for welding and painting machines, tables and positioners coordinates in general. For a long time the machine most used in these systems was the DC for its simplicity of control, until the vector techniques were developed and improved, and significant advances in the power electronics allowing a drive high performance and lower cost using AC machines. To implement the drive with variable speed the asynchronous machine should be powered from a three-phase voltage source with variable frequency and amplitude, this source is obtained by static converters. The converter employed in this work uses the configuration with three arms, each containing two keys with controlled trigger and block, with one arm for each motor phase. A digital signal processor (DSP) was used to receive signals of voltage, current, position and generate the pulse width modulation (PWM). / Este trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de controle de posição de um motor de indução trifásico para sistemas de posicionamento, utilizando a técnica de controle vetorial em quadratura com o fluxo rotórico. Várias aplicações se utilizam deste controle, como robôs manipuladores para máquinas de pintura e soldagem, mesas de coordenadas e posicionadores de um modo geral. Por muito tempo a máquina mais utilizada nestes sistemas era a de corrente contínua pela sua simplicidade de controle, até que foram desenvolvidas e aprimoradas as técnicas vetoriais, e avanços significativos na eletrônica de potência permitindo um acionamento de alto desempenho e menor custo utilizando máquinas de corrente alternada. Para implementar o acionamento com velocidade variável, a máquina assíncrona deve ser alimentada através de uma fonte de tensão trifásica de frequência e amplitude variáveis, fonte esta que é obtida por meio de conversores estáticos. O conversor empregado neste trabalho utiliza a configuração com três braços, cada um contendo duas chaves com disparo e bloqueio controlados, sendo um braço para cada fase do motor. Um processador digital de sinais (DSP) foi utilizado para receber os sinais de tensão, corrente, posição e gerar a modulação por largura de pulso (PWM).

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 parte3.pdf: 17677016 bytes, checksum: 0da8175d15bd36a40467f7f50abd9987 (MD5) Previous issue date: 2012-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work presents a study on the application of an ADALINE neural network acting as a notch filter applied to the estimation of the stator flux, in order to obtain the resulting electromagnetic torque of three-phase induction motors (MIT). The estimation of the stator flux was performed by means of the voltage model of the induction machine, in which a integrator is directly applied over the stator counter electromotive force. The ADALINE neural network adaptive filter is employed in this research with the purpose of eliminating existing CC levels, which are present due to the problem of the initial values of the integrator and in the voltage and current measurements. Simulated and experimental results are presented to validate the proposed strategy. The algorithm used in the ADALINE adaptive neural filter simulations was created on the MATLABTM language, and the algorithm used for both the simulations and the laboratory experiments to estimate the flux and the torque was created in the C/C++ language. The hardware used to confirm the effectiveness of the proposed method is based on the Texas Instruments DSP TMS320F28335 platform, along with and induction motor manufactured by WEG, model W21 High Efficiency / Apresenta-se neste trabalho um estudo do emprego de rede neural ADALINE funcionando como notch filter , aplicada na estimação do fluxo estatórico para consequente obtenção do conjugado eletromagnético de Motores de Indução Trifásicos (MIT). A estimação do fluxo do estator foi feita por meio do modelo de tensão da máquina de indução, em que é aplicado um integrador diretamente sobre a força contra eletromotriz do estator. O filtro neural adaptativo ADALINE é empregado nesta pesquisa com o objetivo de eliminar os níveis de cc presentes devido ao problema de valores iniciais do integrador nas medições de tensão e corrente. São apresentados resultados simulados e experimentais para validação da estratégia proposta. O algoritmo utilizado nas simulações do filtro neural adaptativo ADALINE foi elaborado na linguagem computacional MATLABTM, e o algoritmo utilizado tanto nas simulações, como nas experiências em laborátorio para estimação do fluxo e do conjugado foram elaboradas na linguagem computacional C/C++. O hardware utilizado para comprovar a eficácia do método proposto neste trabalho tem como base a plataforma DSP TMS320F28335 da Texas Instruments , juntamente com o um motor de indução fabricado pela WEG modelo W21 Alto Rendimento.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work presents a study and implementation of a torque estimator for three phase induction motors. Estimation is made from input voltages and currents and stator phase resistance is the only motor parameter needed. Torque estimation is obtained from stator flux estimation. This requires the integration of the phase counter electromotive force. An integration method able to avoid drifting and errors due to initial conditions is chosen and implemented. Torque estimator is implemented using a DSP board so that real time operation is possible. Experimental and simulated results are presented and found to be in good agreement. / A proposta deste trabalho é a implementação de um método de estimação do conjugado eletromagnético de motores de indução trifásicos, a partir de amostras de correntes e tensões trifásicas obtidas nos terminais da máquina, sendo que o único parâmetro do motor de indução trifásico a ser utilizado é a resistência estatórica. Para estimar o conjugado é necessário estimar o fluxo. O principal problema em relação à estimação do fluxo é a integração do sinal. Algumas propostas para estimação do fluxo foram estudadas, e dentre estas uma foi escolhida. Para digitalização do método de integração escolhido foi utilizado o Processador Digital de Sinais. O algoritmo implementado é apresentado detalhadamente em todos os seus blocos. São apresentados resultados de simulações e resultados experimentais do sistema implementado, tais como diferentes valores de carga e aplicação e retirada de carga. / Mestre em Ciências