Visando uma opção de substituição, onde for possível e aplicável, do motor de indução monofásico, este trabalho relata o estudo teórico, a construção, o acionamento e os ensaios de um motor bifásico com ímã permanente no rotor, de baixa potência, utilizando imãs de ferrita na confecção do rotor. / This work shows the theoretical studies, building, driving systems and tests of a small-power double-phase motor with ferrite permanent-magnet in the rotor, based on the original structure of a single-phase induction motor. The objective is to create an option to replace the single-phase induction motor where it is possible and applicable.

A grande aplicação residencial de motores de indução monofásicos é em sistemas de refrigeração doméstica/comercial. O desenvolvimento de motores mais eficientes, associado ao controle de velocidade, fez com que, dentro os mais diversos tipos de motores, o motor síncrono de imã permanente tornasse objeto para a criação de uma metodologia de projeto, construção e realização de ensaios. Assim, para adequar o projeto do motor MSIP para substituição do motor de indução monofásico, foram feitos estudos de como aproveitar as laminações já existentes, através de definições das características básicas do estator e do rotor. O imã permanente a ser utilizado foi definido principalmente em função do custo do material e de suas propriedades magnéticas estarem adequadas à necessidade do projeto. O projeto magnético foi feito para maximizar o fluxo nos dentes, considerando as características construtivas e a curva de trabalho dos imãs. O projeto elétrico, a partir de um circuito equivalente do motor, permitiu explicar as relações de torque, corrente e tensão do motor MSIP, bem como a definição das bobinas do motor, quanto ao espaçamento destas entre as ranhuras, o cálculo do número de espiras e o diâmetro dos fios em função da área permitida pela ranhura da lamina do estator. Com as informações obtidas após o cálculo do motor MSIP, passou-se a construção de um protótipo constituído pelo estator, rotor e um sistema de suporte que permitisse o levantamento dos parâmetros do motor. Os parâmetros necessários foram definidos levando-se em consideração a necessidade para o projetista do conversor elétrico, sendo estes dados utilizados em simulações computacionais para a determinação do projeto do acionador. Com isto, os ensaios do motor MSIP permitiram o levantamento dos seguintes parâmetros: resistência, indutância, curvas de tensão de fase e linha da eletromotriz por velocidade em diversas rotações, momento de inércia e atrito viscoso, concluindo assim a proposta deste trabalho, e finalizando a metodologia para o motor MSIP. / A major residential application of single-phase induction motors is in domestic refrigeration. The development of more efficient motors, associated with speed control, has made that, among the most diverse types of electrical motors, the permanent magnet synchronous machine becomes an object of study for a design, construction and testing methodology. Therefore, to suit the PMSM design to replace the single phase induction motor, studies were made on how to take advantage of existing laminations, through definitions of the basic characteristics of the stator and rotor. The permanent magnet used was defined mainly as a function of the cost of the material and its magnetic properties since they suit the design requirements. PMSM magnetic design was made to maximize the magnetic flow in the slots considering the constructive characteristics and the magnet curve. The electric design, starting from a motor equivalent circuit, allowed to explain torque, current and voltage of the PMSM motor, as well as the definition of the motor windings regarding their filling in the slots, the calculation of coil number and the wire diameter as a function of the area allowed by the stator lamination slot. With the information obtained after the PMSM motor calculation, a prototype construction was initiated consisting of the stator, rotor and a support system to allow determining the motor parameters. The required parameters were defined taking into account the need the designer had of an electronic drive had. This data was used in computational simulations to determine the electronic driver design. After this, the motor testing allowed to identify the parameters, namely: winding resistance and inductance, various speed curves versus phase to phase and line voltage for back emf´s, moment of inertia and viscous friction, thus completing this work proposal, finalizing the project methodology for PMSM motor.

A grande aplicação residencial de motores de indução monofásicos é em sistemas de refrigeração doméstica/comercial. O desenvolvimento de motores mais eficientes, associado ao controle de velocidade, fez com que, dentro os mais diversos tipos de motores, o motor síncrono de imã permanente tornasse objeto para a criação de uma metodologia de projeto, construção e realização de ensaios. Assim, para adequar o projeto do motor MSIP para substituição do motor de indução monofásico, foram feitos estudos de como aproveitar as laminações já existentes, através de definições das características básicas do estator e do rotor. O imã permanente a ser utilizado foi definido principalmente em função do custo do material e de suas propriedades magnéticas estarem adequadas à necessidade do projeto. O projeto magnético foi feito para maximizar o fluxo nos dentes, considerando as características construtivas e a curva de trabalho dos imãs. O projeto elétrico, a partir de um circuito equivalente do motor, permitiu explicar as relações de torque, corrente e tensão do motor MSIP, bem como a definição das bobinas do motor, quanto ao espaçamento destas entre as ranhuras, o cálculo do número de espiras e o diâmetro dos fios em função da área permitida pela ranhura da lamina do estator. Com as informações obtidas após o cálculo do motor MSIP, passou-se a construção de um protótipo constituído pelo estator, rotor e um sistema de suporte que permitisse o levantamento dos parâmetros do motor. Os parâmetros necessários foram definidos levando-se em consideração a necessidade para o projetista do conversor elétrico, sendo estes dados utilizados em simulações computacionais para a determinação do projeto do acionador. Com isto, os ensaios do motor MSIP permitiram o levantamento dos seguintes parâmetros: resistência, indutância, curvas de tensão de fase e linha da eletromotriz por velocidade em diversas rotações, momento de inércia e atrito viscoso, concluindo assim a proposta deste trabalho, e finalizando a metodologia para o motor MSIP. / A major residential application of single-phase induction motors is in domestic refrigeration. The development of more efficient motors, associated with speed control, has made that, among the most diverse types of electrical motors, the permanent magnet synchronous machine becomes an object of study for a design, construction and testing methodology. Therefore, to suit the PMSM design to replace the single phase induction motor, studies were made on how to take advantage of existing laminations, through definitions of the basic characteristics of the stator and rotor. The permanent magnet used was defined mainly as a function of the cost of the material and its magnetic properties since they suit the design requirements. PMSM magnetic design was made to maximize the magnetic flow in the slots considering the constructive characteristics and the magnet curve. The electric design, starting from a motor equivalent circuit, allowed to explain torque, current and voltage of the PMSM motor, as well as the definition of the motor windings regarding their filling in the slots, the calculation of coil number and the wire diameter as a function of the area allowed by the stator lamination slot. With the information obtained after the PMSM motor calculation, a prototype construction was initiated consisting of the stator, rotor and a support system to allow determining the motor parameters. The required parameters were defined taking into account the need the designer had of an electronic drive had. This data was used in computational simulations to determine the electronic driver design. After this, the motor testing allowed to identify the parameters, namely: winding resistance and inductance, various speed curves versus phase to phase and line voltage for back emf´s, moment of inertia and viscous friction, thus completing this work proposal, finalizing the project methodology for PMSM motor.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:27:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELISABETH CRISTINA LEMOS SPERB.pdf: 4249399 bytes, checksum: 689cbb6a5cf388bda83e27d4de4a8e1a (MD5) Previous issue date: 2011-08-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This project presents the implementation of an experimental test bed to drive the permanent magnet synchronous motor (PMSM) using a digital signal processor. The main purpose of the project is to develop a test bed with flexible features enabling the implementation and evaluation of different motor control techniques. Initially the constructive characteristics of the PMSM are studied, as the selection of the proper materials of permanent magnets and the possibilities of physical arrangement in the rotor. Then the mathematical model is developed with the currents and voltage equation in the rotating reference frame. An analysis is made, consequently, of the vector control using the method by considering the rotor flux approach with constant torque control and the space vector pulse width modulation technique. Some techniques of sensorless control based on the motor mathematical model and artificial neural network are also presented. To demonstrate the flexibility of the bed developed, some algorithms for estimating motor position and speed, earlier simulated, were implemented with the algorithm drive system. / Neste trabalho é apresentada a implementação de uma bancada experimental para o acionamento do motor síncrono de imãs permanentes (MSIP) utilizando um processador digital de sinais. O objetivo principal do trabalho é desenvolver uma bancada com características flexíveis que permita a implementação e avaliação de técnicas de controle variadas. Inicialmente, são estudadas as características construtivas do MSIP, como o material que compõe os imãs permanentes e as possibilidades de arranjo físico no rotor. Em seguida é desenvolvido o modelo matemático com as equações de corrente e tensão no referencial girante. É analisado na seqüência, o controle vetorial, utilizando o método direto pelo fluxo de rotor considerando a abordagem com controle de torque constante, e a técnica de modulação por largura de pulso por vetor espacial. São também apresentadas algumas técnicas de controle sem sensor de posição/velocidade (sensorless) baseadas no modelo matemático do motor e em redes neurais artificiais. Algumas técnicas de controle sensorless foram simuladas e analisadas. Para comprovar a flexibilidade da bancada desenvolvida, alguns algoritmos de estimação da posição e velocidade do motor, anteriormente simulados, foram implementados juntamente com o algoritmo de acionamento.

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 Resumo - Marcelo.pdf: 35082 bytes, checksum: 4b67fc6c6bb142fc1549439cfd8a186b (MD5) Previous issue date: 2013-12-05 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work is an analysis about of a current vector control by means of a sliding mode observer to find the rotor flux position. For the system modeling, the motor is analyzed from phase inductances until the complete voltage equation in rotor flux frame, which uses rotational transforms. The models are developed on the stationary frame ab as well as on the synchronous frame dq. The observer uses the stationary model while the vector control uses the synchronous model. To accomplish a deeper analysis, the finite element method technique is used to simulate the physical and magnetic behavior of the motor. Considering the 2D restriction while simulating the model, the results are very good. Both vector control and observer were implemented in a commercial inverter and, by means of layer programming, the code could be easily ported between two different microcontroller manufacturers. Tests of applying steady state torque and torque steps were applied to the inverter in order to check the overall system controllers performances. The torque step tests, which forces the dynamic portion to show up in the model equations, were very good to check the good performance of the models of both simulation and real implementation. At end of this work, comparisons between the results of simulation and implementation are held. Such differences are explained and the system itself has proven to have good performance, where the theory could be checked by practice. / Este trabalho apresenta um estudo aplicado e implementado de um controle vetorial de correntes usando um observador de posição de fluxos de rotor via modos deslizantes. Para a modelagem do sistema controlado, foi analisado o modelo do motor desde as indutâncias por fase até o uso de transformadas para obter o modelo das tensões tanto em referencial estacionário άβ quanto em referencial síncrono dq. Para a realização do observador, usou-se o modelo em referencial estacionário e para o controle vetorial, o modelo em referencial síncrono. Para uma análise teórica mais detalhada do comportamento físico-magnético do motor, efetuou-se o uso da técnica de elementos finitos em 2D obtiveram-se resultados bastante satisfatórios. Tanto o controle vetorial quanto o observador foram implementados em um inversor comercial com o uso de metodologias de escrita de código em layers facilitou a portabilidade do código embarcado de um fabricante de microcontroladores para outro. Testes em regime de torque como em degraus de torque foram executados para comprovar o desempenho dos controladores tanto em regimes permanentes de corrente e velocidade bem como durante seus transitórios. O ensaio de transitório, onde forçou-se que os termos de dinâmicas das equações do modelos sejam significativos, pôde-se verificar o desempenho satisfatório do modelo tanto em simulação quanto em casos reais. Comparações entre os resultados de simulação e de implementação foram feitas para explicar eventuais discrepâncias, e o sistema se mostrou bastante atrativo com a comprovação dos resultados teóricos.

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.

Visando uma opção de substituição, onde for possível e aplicável, do motor de indução monofásico, este trabalho relata o estudo teórico, a construção, o acionamento e os ensaios de um motor bifásico com ímã permanente no rotor, de baixa potência, utilizando imãs de ferrita na confecção do rotor. / This work shows the theoretical studies, building, driving systems and tests of a small-power double-phase motor with ferrite permanent-magnet in the rotor, based on the original structure of a single-phase induction motor. The objective is to create an option to replace the single-phase induction motor where it is possible and applicable.

Este trabalho trata de um estudo teórico sobre o MMPI. Inicialmente, apre-sentamos um levantamento bibliográfico sobre o MMPI evidenciando os seus aspectos construtivos, seu funcionamento, suas características operacionais e suas possíveis aplicações. Em seguida, elaboramos um modelo físico fundamentado nas teorias do Motor de Indução Duplamente Alimentado (MIDA) e do Motor de Histerese (MH), o qual agrega as principais características operacionais do MMPI e reproduz o processo dinâmico de inscrição de pólos na periferia do rotor. A partir deste modelo físico propomos um modelo matemático, baseado na teoria dos circuitos magneticamente acoplados, constituído pelo equacionamento do MIDA, do MH e das fontes de alimentação do estator e do rotor. Deduzimos teoricamente todos os parâmetros necessários para a simulação computacional. Executamos a sua simulação computacional no software Matlab/SimulinkTM, cujos resultados ilustram o comportamento dinâmico das suas tensões, correntes, fluxos e mecânica. Comparando-se os resultados obtidos na simulação computacional com testes laboratoriais executados pelo CE-PEL, concluímos que o modelo matemático proposto e os parâmetros deduzidos podem ser considerados validados. Finalizando, sugerimos um motor monofásico de pólos lisos a imãs permanentes como uma alternativa mais simples do ponto de vista construtivo, porém com características operacionais semelhantes às do MMPI. / This work deals with a theoretical study on Written-PoleTM single-phase motor. Initially, we present the results from the bibliographical research on the Written-PoleTM motor, evidencing its constructional features, operation process, operational characteristics and some possible applications. Afterwards, we elaborate a physical model based in the theories of the doubly fed induction motor and the hysteresis motor, which incorporates the operational characteristic of Written-PoleTM motor and reproduces the written-pole dynamic process. Starting from this physical model we propose a mathematical model, based on the theory of the magnetically coupled circuits, constituted by the set of differential equations deduced from the doubly fed induction motor, the hysteresis motor and the stator and rotor voltage sources. We deduced theoretically all the computational simulation necessary parameters. We perform its computational simulation in the software Matlab/SimulinkTM, whose results illustrate the dynamic behavior of its voltages, currents, fluxes, torques and speed. Comparing the results obtained from the computational simulation with the CEPEL\'s test results, we concluded that the proposed mathematical model and the deduced parameters can be considered validated. Finally, we suggest a permanent-magnet smooth-pole single-phase motor as an alternative to Written-PoleTM motor. This alternative, even being simpler from the constructional point-of-view, presents operational characteristics similar to the Written-PoleTM single-phase motor.