Orientador: Sérgio Henrique Lopes Cabral. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau,

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342129.pdf: 5832226 bytes, checksum: 03021f677535a3cd1651041270ea9327 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho versa sobre a implementação de técnicas de controle no software de elementos finitos GetDP. Dois tipos de controles são programados: o controle de lógica Fuzzy, que é aplicado em uma suspensão eletromagnética, e o controle direto de torque (DTC) em cascata com um controle PI para a velocidade, aplicado em um motor de indução trifásico. Neste mesmo motor é aplicado um controlador Fuzzy-DTC substituindo o controle direto do torque e um controle Fuzzy substituindo o controlador PI da velocidade. O controlador utilizado na modelagem da suspensão eletromagnética é o modelo Fuzzy Takagi-Sugeno e os resultados são obtidos com uma formulação magnetostática aplicada em um domínio de cálculo axissimétrico. Os resultados de corrente, deslocamento e velocidade da suspensão permitem concluir que o controle implementado satisfaz aos requisitos do projeto. Em seguida, uma formulação magnetodinâmica 2D é usada para modelar o motor de indução trifásico. Inicialmente, a modelagem do motor de indução é validada comparando alguns resultados de simulação com resultados medidos. Posteriormente, simula-se o motor de indução com o controle direto de torque em cascata com um controle PI para a velocidade. Em busca de melhores resultados para o controle, são feitas algumas variações da tabela de chaveamento ótimo do controle direto do torque e a implementação de dois inversores de 3 e 5 níveis. Depois, obtêm-se os resultados para o motor com o controlador Fuzzy-DTC e o controlador Fuzzy para a velocidade. O controlador utilizado é o modelo Fuzzy Mamdani. Por fim, simula-se o motor de indução e seu controle considerando o motor conectado a uma carga. Os resultados do torque e da velocidade do motor permitem concluir que os controladores programados para o motor de indução satisfazem aos requisitos deste projeto. Todas as simulações realizadas levam em conta o movimento, o circuito de alimentação, as equações mecânicas e a não linearidade do material ferromagnético.<br> / Abstract : This work deals with the implementation of control techniques in GetDP software, which is a free finite element solver. Two types of controls are programmed: the Fuzzy logic control, which is applied to an electromagnetic suspension; and the cascade direct torque control (DTC) with a PI speed control, which is applied to a three-phase induction motor. In this same motor, it's applied a Fuzzy controller replacing the direct torque control and a Fuzzy control replacing the PI speed controller. The controller used in the electromagnetic suspension modeling is a Takagi-Sugeno Fuzzy model and the results are obtained with a magnetostatic formulation applied to an axi-symmetrical calculation domain. The current, displacement and speed results of the electromagnetic suspension lead to the conclusion that the implemented control satisfies the project requirements. Then, a 2D magnetodynamic formulation is used to model the three-phase induction motor. Initially, the induction motor modeling is validated by comparing some simulation results with measured ones. After, an induction motor using a cascade direct torque control with a PI speed control is simulated. Looking for better results for the control some switching table variations of the direct torque control are made, and the implementation of two inverters of the 3 and 5 levels. Next, the results of the motor with the DTC-Fuzzy controller and Fuzzy controller for speed are obtained. The inference system used is Mamdani Fuzzy model. Finally, the induction motor and its control considering the motor connected to a load is simulated. The torque and speed results of the three-phase induction motor lead to the conclusion that the programmed controllers satisfy the project requirements. All the performed simulations consider the movement, the coupling with circuit equations, the mechanical equations and the nonlinearity of magnetic materials.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-28T04:12:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344128.pdf: 24583713 bytes, checksum: 13d8a21e7c6cfd1cb2c9c41febdc42a8 (MD5) Previous issue date: 2016 / Esta tese de doutorado tem por objetivo o estudo em malha aberta de uma nova topologia para o acionamento de motores de indução trifásicos com enrolamentos em aberto e divididos (open-end split winding induction motor drive) alimentados em média tensão, com o uso de semicondutores de baixa tensão e de alta frequência de comutação (20 kHz). Todos os módulos de uma fase são conectados em série na entrada (1200 V) e, assim, promovendo a divisão dos esforços de tensão. Cada submódulo alimenta um enrolamento em particular do motor, o que resulta na divisão da corrente de fase entre os submódulos através da conexão magnética proporcionada pelo motor. O trabalho demostra que existe um auto balanço das tensões de entrada dos módulos na conexão série, uma divisão natural e equilibrada nas correntes de saída dos inversores, o que permite a operação da estrutura em malha aberta. O desenvolvimento do trabalho se inicia com o estudo da versão monofásica, seguido do estudo do equilíbrio de potência dos inversores e finalizando a etapa monofásica com resultados experimentais. Na versão trifásica será realizado um estudo prévio utilizando um transformador trifásico, sendo em seguida conectado a um motor trifásico (660 V, 10 Hp e 6 polos) com três enrolamentos independentes por fase, finalizando a abordagem do trabalho. Algumas das desvantagens incluem o processamento monofásico de potência, ondulação de corrente na entrada CC e o número elevado de capacitores.<br> / Abstract : This PhD thesis aims to study in open loop configuration a new topology to drive an open-end split winding induction motor for medium voltage applications (up to 1000V), with the use of low voltage and high frequency switching semiconductors (20 kHz). All modules of one stage are connected in series at the input (1200 V) and thus promoting the division of the voltage stress. Each submodule feeds a particular motor winding, which results in the current sharing among the submodules through the magnetic connection provided by the machine. The work demonstrates that there is a self-balance of input voltages of the modules in the series connection, a natural and balanced output currents sharing of the inverters, which allows the operation in open loop mode. The development of the work begins with the study of a single-phase version, followed by the study of inverters balance of power and ending with experimental results. In the three--phase version, a previous study will be held using a three-phase transformer with multiple windings per phase. After confirming the proper operation, it will be connected to a three-phase motor (660 V, 10 Hp and 6 poles) with three independent windings per phase, finalizing the approach of the work. Some of the disadvantages includes the single-phase power processing, current ripple at the DC input and the high number of capacitors.

Orientador: Samuel Euzédice de Lucena / Banca: Márcio Abud Marcelino / Banca: Inácio Bianchi / Banca: Carlos Yujiro Shigue / Banca: Neusa Maria Franco de Oliveira / Resumo: Veículos elétricos são considerados a melhor alternativa aos veículos com motores de combustão interna, apresentando vantagens bastante significativas, tais como: emissão zero de poluentes, alta eficiência dos motores elétricos e baixa emissão de ruído acústico. O sistema de propulsão de um veículo elétrico consiste basicamente de uma ou mais fontes de energia, um ou mais motores, conversores de potência, componentes eletrônicos, componentes mecânicos para transmissão de torque e velocidade e rodas com pneus. Neste trabalho é proposta a modelagem de um sistema de propulsão para um veículo elétrico, que inclui o modelo dinâmico veicular para movimento longitudinal, o modelo dinâmico do motor elétrico, o modelo do conversor utilizado para acionamento do motor e o modelo do sistema de controle. Devido às características bastante adequadas para aplicação em sistemas de propulsão automotiva, o motor de indução trifásico é o selecionado para estudo. A estratégia de controle para acionamento do motor, foco deste trabalho, é o Controle Vetorial Direto Orientado pelo Fluxo do Estator, que garante alto desempenho, rápida resposta dinâmica e apresenta insensibilidade à variação de parâmetros do motor durante sua operação. São desenvolvidas novas técnicas para a reconstrução dos sinais das tensões do estator a partir de sinais de controle PWM do conversor e da tensão DC que alimenta o inversor e estimativa da amplitude e posição angular do vetor espacial do fluxo do estator, primordial p... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Electric vehicles are the best alternative to internal combustion engines vehicles, presenting significant advantages such as: zero emission of pollutants, high efficiency of electric motors and low noise emission. Basically, an electric vehicle propulsion system consists of one or more energy sources, one or more engines, power converters, electronic components, mechanical components for torque and speed transmission, and wheels with tires. This work proposes the modeling of a propulsion system for an electric vehicle, which includes the dynamic vehicle model for longitudinal movement, the dynamic model of the electric motor, the model of the converter used as motor driver and the model of the control system. Due to very suitable characteristics for application in automotive propulsion systems, three-phase induction motor is chosen for this study. Focus of this work, Direct Stator-FluxOriented Vector Control is the control strategy for the motor drive, which guarantees high performance, fast dynamic response and insensitivity due motor parameters variation during its operation. New techniques are developed for the reconstruction of the stator voltages signals from the PWM control signals of the converter and the DC voltage that feeds the inverter and the estimation of the amplitude and angular position of the spatial vector of the stator flux, primordial for the adopted control strategy. Modeling is developed using PSIM software and simulation results are presented / Doutor

Esta dissertação de mestrado propõe desenvolver a modulação vetorial (space vector – SV) para um inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata (cascaded H-bridge – CHB). A verificação do desempenho ocorre através de simulações em software de simulação matemática, e posterior comparações entre duas simulações realizadas, como também a comparação da simulação de melhor desempenho com simulações obtidas com a modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas e a modulação híbrida. Para tanto, inicialmente são revisadas as topologias de inversores de frequência mais tradicionais na literatura, identificando as suas características para justificar a escolha da topologia híbrida assimétrica. Posteriomente são revisados os métodos de modulação para inversores de frequência, identificando na modulação vetorial vantagens para sintetização das tensões de linha. Após, são relacioanados trabalhos envolvendo a modulação space vector aplicada em inversores multiníveis. Em seguida, a modulação SV é desenvolvida para o inversor trifásico multinível híbrido assimétrico de nove níveis por fase com ponte-H em cascata, sendo realizadas as seguintes etapas: definição dos possíveis vetores de comutação (estados de chaveamento) do inversor proposto no espaço tridimensional e no plano α-β; identificação dos planos limites e dos planos de separação dos setores no plano α-β; obtenção das matrizes de decomposição e; definição da sequência de comutação. Os resultados, obtidos por meio de software de simulação matemática, dos gráficos das tensões de fase e tensões de linha, assim como os valores de distorção harmônica total (total harmonic distortion – THD), fator de distorção de primeira ordem (first order distortion factor – DF1), tensão de modo comum, espectro harmônico dos sinais das tensões (de fase e de linha) são analisados, sendo os índices de THD, DF1 e tensão de modo comum comparados entre duas sequências de comutação diferentes para o inversor proposto. Também, os valores desses índices são comparados com outras técnicas de modulação (modulação por síntese de formas de onda quase-quadradas (QQ) e a modulação híbrida). O desenvolvimento e os resultados das simulações da modulação SV na topologia híbrida assimétrica de nove níveis proposta, assim como as análises das comparações, apontam resultados satisfatórios, identificando um potencial grandioso da modulação SV desenvolvida. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-09-29T13:33:41Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:33:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Covolan Rosito.pdf: 6134096 bytes, checksum: e34621dae75a6139302a387eb73107b7 (MD5) Previous issue date: 2017-09-29 / This dissertation proposes to develop the space vector (SV) modulation for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). Performance verification occurs through software simulations, and subsequent comparisons between two simulations performed, as well as the comparison of the best performance simulation with simulations obtained with the step wave modulation and hybrid modulation. To do this, the topologies of more traditional frequency inverters are reviewed in the literature, identifying their characteristics to justify the choice of hybrid asymmetric topology. Subsequently, the modulation methods for frequency inverters are reviewed, identifying the advantages of vector modulation for the synthesis of line voltages. Afterwards, works involving the space vector modulation applied in multilevel inverters are related. Then, the SV modulation is developed for a three phase hybrid asymmetric multilevel inverter of nine levels per phase with cascaded H-bridge (CHB). The following steps are performed: definition of the possible switching vectors (switching states) of the proposed inverter in three-dimensional space and in the plane α-β; identification of boundary planes and separation plans of sectors in the α-β plane; obtaining the decomposition matrices e; definition of the switching sequence. The results, obtained through mathematical simulation software, of the phase voltages and line voltages graphs, as well as the values of total harmonic distortion (THD), first order distortion factor (DF1), common mode voltage, harmonic spectrum of the voltage signals (phase and line) are analyzed, with THD, DF1 and common mode voltage indices being compared between two different switching sequences for the proposed inverter. In addition, the values of these indices are compared with other modulation techniques (step wave modulation and hybrid modulation). The development and results of the SV modulation simulations in the nine-level hybrid asymmetric topology proposed, as well as the comparative analyzes, indicate satisfactory results, identifying a great potential for SV modulation developed.

CAPES, FINEP, SETI e Fundação Araucária. / Neste trabalho é abordado o aumento da eficiência no acionamento de motores de indução através de técnicas de controle que utilizam um modelo de perdas e uma estrutura adaptativa. Inicialmente é apresentada a revisão da literatura com os principais controladores de eficiência energética. Também são apresentados os modelos elétrico e mecânico do motor para simulação do controle por campo orientado indireto (IFOC – Indirect Field Oriented Control) composto por controlador de velocidade, fluxo e corrente. A identificação das fontes de perdas é utilizada como auxílio no desenvolvimento do controlador de eficiência em conjunto com controladores de velocidade e fluxo. Os métodos de aumento de eficiência energética do motor de indução utilizando por busca recursiva (SC– Search Control) e controle por modelo de perdas (LMC– Loss-Model-Based Control) são descritos, simulados e implementados. O SC é implementado com passo de busca adaptativo e o LMC através de uma curva padrão de fluxo ótimo baseado na corrente estatórica. O SC converge para a mínima potência de entrada, porém tem resposta lenta de 5s em transitórios. O LMC possui resposta rápida de 1s, mas também possui dependência a variação paramétrica. Através da combinação do SC com o LMC, um Controlador Híbrido Adaptativo de Eficiência (HAEC) é proposto. Este controlador possui rápida convergência de 1s em transitórios e baixa sensibilidade a variações paramétricas. Para verificação experimental dos controladores de eficiência, foi projetado uma plataforma de acionamento composta por conversor estático trifásico CA/CC/CA com modulação PWM Space Vector comandado por processador digital de sinais. Os resultados experimentais obtidos apresentaram redução no consumo de energia, quando comparados com o acionamento com fluxo constante, de 29,7% com SC, 39,9% com o LMC e 49,4% com o HAEC. Isso demonstra a viabilidade técnica do HAEC. / This work approached the increased efficiency of induction motor drives using control techniques through a loss model and an adaptive structure. The review is presented with mainly energy efficiency controllers. Also, it are presented the electrical and mechanical models for motor control simulation with indirect field oriented (IFOC - Indirect Field Oriented Control) composed for speed, current and flux controllers. The identification of losses sources is used to development of efficiency controller with speed and flow. The methods of increasing energy efficiency of induction motor using a recursive search (SCSearch Control) and Loss-Model-based Controller (LMC) are presented, simulated and implemented. The SC is implemented with adaptive search step and the LMC by an optimal flux standard curve based on stator current. The SC converges to minimum input power, but it has slow response of 5s in transients. The LMC has quick response of 1s, but also it has dependency on parametric variation. Through the combination of SC and LMC, a Hybrid Adaptive Efficiency Controller (HAEC) is proposed. This controller has fast convergence of 1s in transitory and low sensibility with parameter variations. To implement the efficiency controllers, it was developed a platform composed by three-phase AC / CC / AC static converter with Space Vector Pulse Width Modulation controlled by a digital signal processor. Experimental results present an energy consumption reduction compared with constant flux drive of 29.7% for SC, 39.9% for LMC and 49.4% with HAEC. These results had shown the viability for HAEC project.

Este trabalho tem como objetivo validar modelos elétrico e térmico de um motor de indução trifásico, utilizando redes de Bragg em fibra ótica (FBG) como elemento sensor. São apresentados dois modelos elétricos do motor de indução que contemplam as perdas magnéticas para uma frequência fixa, obtidos a partir do modelo clássico sob o eixo de referência qd0. As perdas no ferro são representadas por resistências localizadas em paralelo à indutância de magnetização para o primeiro modelo e em paralelo às indutâncias de dispersão do estator e de magnetização para o segundo modelo. O circuito térmico equivalente é representado por impedância (condutividade e capacitância) térmica associada ao rotor e estator. Para a realização dos ensaios no motor foi elaborado um arranjo experimental que permite a medição dos valores elétricos, térmicos e mecânicos simultâneamente. Para a medição de temperatura utilizou-se oito sensores a fibra ótica quase-distribuídos e multiplexados. A instrumentação do motor possibilita a determinação do comportamento térmico da máquina desde a partida até a temperatura em regime. Durante os ensaios foram inseridas oscilações na tensão de alimentação do motor que ocasionaram oscilações de temperatura na ordem de 0,5oC no estator do motor. Os ensaios realizados permitiram ainda a separação da contribuição das perdas mecânicas e eletromagnéticas na elevação de temperatura do motor. Os resultados da simulação do modelo elétrico do motor apresentam uma diferença de 3,6% para a corrente de entrada do motor e 0,1% para a velocidade e potência de saída quando comparados aos valores nominais do motor. A partir do modelo elétrico do motor de indução é possível determinar as perdas elétricas, mecânicas e perdas no ferro do motor. Os resultados da simulação do modelo térmico apresentam uma diferença máxima de 0,75oC durante o transitório, sendo que os valores de temperatura em regime simulado e experimental convergiram para o mesmo valor. A técnica de instrumentação optoeletrônica associada ao arranjo experimental utilizado no trabalho possibilitou a determinação da elevação de temperatura referente as perdas mecânicas do motor. / This work aims to validate electrical and thermal models of a three phase induction motor using fiber Bragg gratings (FBG) as the sensing element. Two electrical models considering the magnetic losses for a fixed frequency, from the well-known model in the arbitrary reference frame qd0 is presented in this work. The iron losses are represented by a resistance in parallel to the magnetizing inductance for the first model and parallel to the stator leakage and magnetization inductance for the second model. The equivalent thermal circuit is represented by a thermal conductivity and a thermal capacitance associated to the stator and rotor. For motor tests realization an experimental arrangement is developed. The experimental arrangement allows the measurement of electrical, thermal and mechanical values simultaneously. For the temperature measurement was used eight fiber optic sensors quasi-distributed and multiplexed. The motor instrumentation allows determine the motor thermal behavior from the start until the temperature regime. During the tests oscillations in voltage feed was included, causing temperature oscillations on the order of 0.5oC on the motor stator. The tests also allowed the separation of the contribution of electromagnetic and mechanical losses in the motor temperature rise. The simulation results of the motor electrical model show a difference of 3.6% for the motor input current and 0.1% for output speed and power compared with motor rated values. From the electrical model of the induction motor is possible to determine the electrical losses, iron losses and mechanical losses. The optoelectronics instrumentation technique associated with the experimental setup used in this work allows determine the temperature elevation related motor mechanical losses.

Este trabalho desenvolve um novo método de controle de eficiência energética no acionamento de motores de indução. Esta técnica utiliza um modelo de perdas e uma estrutura de controle baseada no mínimo consumo de energia elétrica. Em um primeiro momento, são apresentados os estudos com os principais controladores de eficiência energética da última década. Depois, são apresentados os modelos elétricos e mecânicos do motor de indução trifásico, a partir do modelo clássico, com o eixo de referência qd0. O controlador utilizado, é o controle por campo orientado indireto (IFOC - Indirect Field Oriented Control), composto por uma malha externa de controle de velocidade e fluxo, e uma malha interna de controle de correntes, que demonstram um bom desempenho de torque e velocidade. Por se tratar de um controlador IFOC, onde os parâmetros do motor são fundamentais para obter bons resultados, o ensaio do motor de indução é realizado e apresentado. Sabendo-se das principais fontes de perdas do motor, o controlador de eficiência energética pode ser elaborado. O controlador baseado no modelo de perdas (LMC -Loss-Model-Based Control) é descrito, assim como o controlador de busca recursiva (SC - Search Control), ambos muito utilizados na literatura. O LMC proposto é implementado através de curvas padrão de fluxo ótimo baseado na potência absorvida, dependendo da carga no eixo do motor, uma nova curva padrão é utilizada. O controlador de eficiência proposto chamado de (MBC - Model Based Control), utiliza o método LMC com um controlador IFOC, este é simulado via software Matlab e verificado experimentalmente através de uma plataforma de acionamento projetada e montada, conforme o projeto descrito. O controlador de eficiência proposto, é comparado com o acionamento de fluxo constante e com o controlador SC, para diferentes perfis de carga no eixo. Para todos os casos o controlador proposto, apresentou o melhor rendimento da máquina. / This paper develops a new method of controlling the drive energy efficiency of induction motors . This technique uses a model of losses and a control structure based on minimum energy consumption . At first , studies with the main drivers of energy efficiency in the last decade are presented . Then the electrical and mechanical models of three-phase induction motor are presented , from the classic model , with the reference axis qd0 . The controller used is an indirect field-oriented control (IFOC), composed of an outer control loop speed and flow , and an inner current control loop , showing a good performance of torque and speed. Because it is a IFOC controller, where the engine parameters are critical to obtain good results , the testing of induction motor is carried out and presented . Knowing the main sources of losses of the engine, the controller of energy efficiency can be drawn . The loss model based (LMC) controller is described , as well as the controller recursive search (SC), both widely used in the literature . The LMC proposed is implemented through optimum standard curves of flow based on power absorbed. Depending on the load on the motor shaft , a new standard curve is used . The proposed controller called efficiency ( MBC - Model Based Control ) uses the LMC method with a IFOC controller , this is simulated via textit software emph Matlab and verified experimentally through a platform drive designed and assembled , as the project described . The controller proposed efficiency is compared with the drive and the constant flow controller SC to different profiles of the axle. For all cases, the proposed controller showed the best performance of the machine.

Este trabalho tem como objetivo validar modelos elétrico e térmico de um motor de indução trifásico, utilizando redes de Bragg em fibra ótica (FBG) como elemento sensor. São apresentados dois modelos elétricos do motor de indução que contemplam as perdas magnéticas para uma frequência fixa, obtidos a partir do modelo clássico sob o eixo de referência qd0. As perdas no ferro são representadas por resistências localizadas em paralelo à indutância de magnetização para o primeiro modelo e em paralelo às indutâncias de dispersão do estator e de magnetização para o segundo modelo. O circuito térmico equivalente é representado por impedância (condutividade e capacitância) térmica associada ao rotor e estator. Para a realização dos ensaios no motor foi elaborado um arranjo experimental que permite a medição dos valores elétricos, térmicos e mecânicos simultâneamente. Para a medição de temperatura utilizou-se oito sensores a fibra ótica quase-distribuídos e multiplexados. A instrumentação do motor possibilita a determinação do comportamento térmico da máquina desde a partida até a temperatura em regime. Durante os ensaios foram inseridas oscilações na tensão de alimentação do motor que ocasionaram oscilações de temperatura na ordem de 0,5oC no estator do motor. Os ensaios realizados permitiram ainda a separação da contribuição das perdas mecânicas e eletromagnéticas na elevação de temperatura do motor. Os resultados da simulação do modelo elétrico do motor apresentam uma diferença de 3,6% para a corrente de entrada do motor e 0,1% para a velocidade e potência de saída quando comparados aos valores nominais do motor. A partir do modelo elétrico do motor de indução é possível determinar as perdas elétricas, mecânicas e perdas no ferro do motor. Os resultados da simulação do modelo térmico apresentam uma diferença máxima de 0,75oC durante o transitório, sendo que os valores de temperatura em regime simulado e experimental convergiram para o mesmo valor. A técnica de instrumentação optoeletrônica associada ao arranjo experimental utilizado no trabalho possibilitou a determinação da elevação de temperatura referente as perdas mecânicas do motor. / This work aims to validate electrical and thermal models of a three phase induction motor using fiber Bragg gratings (FBG) as the sensing element. Two electrical models considering the magnetic losses for a fixed frequency, from the well-known model in the arbitrary reference frame qd0 is presented in this work. The iron losses are represented by a resistance in parallel to the magnetizing inductance for the first model and parallel to the stator leakage and magnetization inductance for the second model. The equivalent thermal circuit is represented by a thermal conductivity and a thermal capacitance associated to the stator and rotor. For motor tests realization an experimental arrangement is developed. The experimental arrangement allows the measurement of electrical, thermal and mechanical values simultaneously. For the temperature measurement was used eight fiber optic sensors quasi-distributed and multiplexed. The motor instrumentation allows determine the motor thermal behavior from the start until the temperature regime. During the tests oscillations in voltage feed was included, causing temperature oscillations on the order of 0.5oC on the motor stator. The tests also allowed the separation of the contribution of electromagnetic and mechanical losses in the motor temperature rise. The simulation results of the motor electrical model show a difference of 3.6% for the motor input current and 0.1% for output speed and power compared with motor rated values. From the electrical model of the induction motor is possible to determine the electrical losses, iron losses and mechanical losses. The optoelectronics instrumentation technique associated with the experimental setup used in this work allows determine the temperature elevation related motor mechanical losses.

Este trabalho desenvolve um novo método de controle de eficiência energética no acionamento de motores de indução. Esta técnica utiliza um modelo de perdas e uma estrutura de controle baseada no mínimo consumo de energia elétrica. Em um primeiro momento, são apresentados os estudos com os principais controladores de eficiência energética da última década. Depois, são apresentados os modelos elétricos e mecânicos do motor de indução trifásico, a partir do modelo clássico, com o eixo de referência qd0. O controlador utilizado, é o controle por campo orientado indireto (IFOC - Indirect Field Oriented Control), composto por uma malha externa de controle de velocidade e fluxo, e uma malha interna de controle de correntes, que demonstram um bom desempenho de torque e velocidade. Por se tratar de um controlador IFOC, onde os parâmetros do motor são fundamentais para obter bons resultados, o ensaio do motor de indução é realizado e apresentado. Sabendo-se das principais fontes de perdas do motor, o controlador de eficiência energética pode ser elaborado. O controlador baseado no modelo de perdas (LMC -Loss-Model-Based Control) é descrito, assim como o controlador de busca recursiva (SC - Search Control), ambos muito utilizados na literatura. O LMC proposto é implementado através de curvas padrão de fluxo ótimo baseado na potência absorvida, dependendo da carga no eixo do motor, uma nova curva padrão é utilizada. O controlador de eficiência proposto chamado de (MBC - Model Based Control), utiliza o método LMC com um controlador IFOC, este é simulado via software Matlab e verificado experimentalmente através de uma plataforma de acionamento projetada e montada, conforme o projeto descrito. O controlador de eficiência proposto, é comparado com o acionamento de fluxo constante e com o controlador SC, para diferentes perfis de carga no eixo. Para todos os casos o controlador proposto, apresentou o melhor rendimento da máquina. / This paper develops a new method of controlling the drive energy efficiency of induction motors . This technique uses a model of losses and a control structure based on minimum energy consumption . At first , studies with the main drivers of energy efficiency in the last decade are presented . Then the electrical and mechanical models of three-phase induction motor are presented , from the classic model , with the reference axis qd0 . The controller used is an indirect field-oriented control (IFOC), composed of an outer control loop speed and flow , and an inner current control loop , showing a good performance of torque and speed. Because it is a IFOC controller, where the engine parameters are critical to obtain good results , the testing of induction motor is carried out and presented . Knowing the main sources of losses of the engine, the controller of energy efficiency can be drawn . The loss model based (LMC) controller is described , as well as the controller recursive search (SC), both widely used in the literature . The LMC proposed is implemented through optimum standard curves of flow based on power absorbed. Depending on the load on the motor shaft , a new standard curve is used . The proposed controller called efficiency ( MBC - Model Based Control ) uses the LMC method with a IFOC controller , this is simulated via textit software emph Matlab and verified experimentally through a platform drive designed and assembled , as the project described . The controller proposed efficiency is compared with the drive and the constant flow controller SC to different profiles of the axle. For all cases, the proposed controller showed the best performance of the machine.