Para acompanhar o atual crescimento de demanda energética mundial, novas topologias de geradores estão sendo pesquisadas, estando nesse nicho o Gerador a Relutância Chaveado. Para seu correto funcionamento é necessário que técnicas de controle sejam empregadas para garantir níveis estáveis de tensão gerada mediante variações de velocidade e/ou carga. Portanto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de um controlador fuzzy da tensão gerada para a máquina em questão. Uma simulação em Matlab Simulink é apresentada para um sistema de geração de energia utilizando um gerador a relutância chaveado integrada com a malha de controle fuzzy. Resultados da dinâmica do funcionamento do controlador fuzzy são apresentados. O Controlador fuzzy proposto apresentou bom desempenho ao manter a tensão gerada em níveis desejáveis frente a distúrbios de carga e de variação de velocidade no eixo do gerador. Trata-se de um controlador robusto e versátil que garante estabilidade de tensão gerada mesmo com a operação do sistema com velocidade variável e/ou variação de carga. / Due to the growing demand of electric power energy, the engineering has to evolve by producing new efficient techniques and low cost equipment. Therefore, new electric power generator topologies have been studied, mainly switched reluctance generators due to their simple structure, reliability and low cost of fabrication. In order for a good operation of a switched reluctance generator, control techniques have to be applied to guarantee stable voltage levels under variable speed and load conditions. Hence, the objective of this work is to present a methodology based on fuzzy voltage controller for switched reluctance machine. Simulations are achieved in Matlab/Simulink for a power energy generation system using a switched reluctance generator with a fuzzy control loop. Results of the dynamic response of such controller are presented. The fuzzy controller could obtain good performance maintaining voltage levels in desired range. Therefore, the proposed controller showed to be robust, versatile and guarantee the voltage stability under speed and load variations.

Para acompanhar o atual crescimento de demanda energética mundial, novas topologias de geradores estão sendo pesquisadas, estando nesse nicho o Gerador a Relutância Chaveado. Para seu correto funcionamento é necessário que técnicas de controle sejam empregadas para garantir níveis estáveis de tensão gerada mediante variações de velocidade e/ou carga. Portanto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia de um controlador fuzzy da tensão gerada para a máquina em questão. Uma simulação em Matlab Simulink é apresentada para um sistema de geração de energia utilizando um gerador a relutância chaveado integrada com a malha de controle fuzzy. Resultados da dinâmica do funcionamento do controlador fuzzy são apresentados. O Controlador fuzzy proposto apresentou bom desempenho ao manter a tensão gerada em níveis desejáveis frente a distúrbios de carga e de variação de velocidade no eixo do gerador. Trata-se de um controlador robusto e versátil que garante estabilidade de tensão gerada mesmo com a operação do sistema com velocidade variável e/ou variação de carga. / Due to the growing demand of electric power energy, the engineering has to evolve by producing new efficient techniques and low cost equipment. Therefore, new electric power generator topologies have been studied, mainly switched reluctance generators due to their simple structure, reliability and low cost of fabrication. In order for a good operation of a switched reluctance generator, control techniques have to be applied to guarantee stable voltage levels under variable speed and load conditions. Hence, the objective of this work is to present a methodology based on fuzzy voltage controller for switched reluctance machine. Simulations are achieved in Matlab/Simulink for a power energy generation system using a switched reluctance generator with a fuzzy control loop. Results of the dynamic response of such controller are presented. The fuzzy controller could obtain good performance maintaining voltage levels in desired range. Therefore, the proposed controller showed to be robust, versatile and guarantee the voltage stability under speed and load variations.

A máquina a relutância chaveada ganhou considerável atenção da comunidade científica com o desenvolvimento da eletrônica de potência e é considerada hoje uma máquina elétrica promissora para algumas aplicações, principalmente aquelas onde há a necessidade de operação em velocidade variável seja como motor ou como gerador. Sendo assim, este trabalho apresenta a dinâmica de funcionamento de uma máquina a relutância chaveada, com uma estrutura 6 x 4, ou seja contendo seis pólos no estator e quatro pólos no rotor, operando no modo gerador. A dinâmica de funcionamento é apresentada e comparada através de resultados experimentais e resultados simulados em ambiente Matlab/Simulink. Os resultados experimentais foram possíveis devido a construção de um protótipo da máquina e da montagem de uma bancada de testes. O projeto desenvolvido para construção do protótipo e da bancada de testes é apresentado neste trabalho. / Switched reluctance machines have received considerable attention from the scientific community due to advances in power electronics, and now is considered a promising electric machine for some applications, especially where variable speed operations are needed for motor or generator. Therefore, this work presents the dynamics of a switched reluctance machine, operating as a generator, with 6 x 4 structure, i.e., six stator poles and four poles in the rotor. Experimental results, which were obtained from a machine prototype installed on a test bench, were compared with Matlab/Simulink computational simulations. The designing aspects for the prototype construction are also discussed in this work.

The switched reluctance generator emerged as an alternative generator and grew in interest among the scientific community during the last decade. It has a simple construction and comes up as a competitive option when one deals with variable speed applications and also when power electronics is required. Nowadays the most aimed applications are the aircraft applications, hybrid or electric vehicles and wind power. This machine has a doubly salient structure without copper in the rotor. The coils are concentrated in the stator poles. Thus, there is low copper and iron consumption and, because of it, this machine is closer to the modern environmental requirements. The switched reluctance generator driving uses power electronics and needs continuous information about the rotor position to drive properly the switches of the phases. The optimal design for this machine is still been established from the experimental results. Many operational details are under investigation. The machine has two different electrical circuits: one for the excitation and other when the load is fed. It is possible to insulate those two circuits and because of this it is also possible to reduce the electronic switches count. This work is helpful to understand how the SRG works. To get it the goals were to build a mathematical model for this machine and to simulate its operation. And than to know how it dynamically conducts. A prototype was constructed and used to test some driving circuits with it. Also it is presented an extensive comparative study. With this all this work presents a contribution for the development of this kind of machinery. / O gerador a relutância chaveado despertou interesse crescente na comunidade científica na última década. Esta máquina elétrica caracteriza-se por sua simplicidade construtiva e tem sido apresentada como uma alternativa competitiva quando é requerida eletrônica de potência, como ocorre nas aplicações em que a velocidade é continuamente variável. As aplicações mais visadas atualmente estão relacionadas à aeronáutica, aos veículos elétricos ou híbridos e à energia eólica. A máquina tem estrutura em dupla saliência, não tem enrolamentos no rotor e as bobinas do estator estão concentradas. Por isto consome menos cobre e aço e é vista como uma máquina elétrica mais próxima dos requisitos ambientais modernos. Seu acionamento necessita de eletrônica de potência e de informação contínua da posição do rotor, para estabelecer os instantes de energização das fases, para gerar energia elétrica. A técnica de projeto de geradores a relutância chaveados está se consolidando a partir de resultados experimentais. Mas vários aspectos operacionais estão sob investigação. O circuito elétrico do gerador a relutância chaveado tem duas malhas elétricas, uma durante a excitação e outra durante a geração. Seu acionamento pode utilizar conversores com contagem reduzida de chaves semicondutoras. O presente trabalho ajuda a compreender o funcionamento do gerador a relutância chaveado e a sua modelagem matemática. Simulações são apresentadas para detalhar a dinâmica das suas partes. Um protótipo foi construído e usado para ajustar os circuitos de acionamento e realizar estudos experimentais, e com isto contribuir para o desenvolvimento desse tipo de máquina elétrica. / Doutor em Ciências

A máquina a relutância chaveada ganhou considerável atenção da comunidade científica com o desenvolvimento da eletrônica de potência e é considerada hoje uma máquina elétrica promissora para algumas aplicações, principalmente aquelas onde há a necessidade de operação em velocidade variável seja como motor ou como gerador. Sendo assim, este trabalho apresenta a dinâmica de funcionamento de uma máquina a relutância chaveada, com uma estrutura 6 x 4, ou seja contendo seis pólos no estator e quatro pólos no rotor, operando no modo gerador. A dinâmica de funcionamento é apresentada e comparada através de resultados experimentais e resultados simulados em ambiente Matlab/Simulink. Os resultados experimentais foram possíveis devido a construção de um protótipo da máquina e da montagem de uma bancada de testes. O projeto desenvolvido para construção do protótipo e da bancada de testes é apresentado neste trabalho. / Switched reluctance machines have received considerable attention from the scientific community due to advances in power electronics, and now is considered a promising electric machine for some applications, especially where variable speed operations are needed for motor or generator. Therefore, this work presents the dynamics of a switched reluctance machine, operating as a generator, with 6 x 4 structure, i.e., six stator poles and four poles in the rotor. Experimental results, which were obtained from a machine prototype installed on a test bench, were compared with Matlab/Simulink computational simulations. The designing aspects for the prototype construction are also discussed in this work.

Orientador: Prof. Dr. José Luis Azcue Puma / Coorientador: Prof. Dr. José Alberto Torrico Altuna / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Santo André, 2018. / Este trabalho apresenta o controle de potência do gerador de relutância variável de 12/8 utilizando o controlador Fuzzy PI auto-ajustável e o controlador P+ressonante para o conversor conectado à rede elétrica. Inicialmente são estudados os princípios de operação da máquina e a topologia do conversor eletrônico de potência. Usando o software de simulação Matlab/Simulink é implementado o modelo da máquina de relutância variável utilizando as curvas características de corrente e de torque. Com o objetivo de controlar a potência gerada pela máquina e utilizando seu modelo matemático dinâmico projeta-se o controlador PI, e implementa-se o controlador Fuzzy PI auto-ajustável para atingir o mesmo objetivo. Assim, projeta-se também um controlador PI para o controle da tensão CC além de um controlador P+ressonante com o objetivo de melhorar a resposta em regime permanente da potência injetada na rede elétrica. Para este propósito é utilizado um conversor monofásico de dois níveis. Os resultados das simulações mostram o bom desempenho do sistema proposto e o controlador de potência é validado também através de resultados experimentais. / This work presents the power control of the 12/8 variable reluctance generator using Fuzzy self-tuning PI controller and the P+resonant controller for the converter connected to the electric network. Initially are studied the principles of operation of the machine and power electronic converter topology. Using the Matlab/Simulink simulation software is implemented the model of switched reluctance machine using the current and its torque characteristic curves. With the purpose of controlling the power generated by the machine and using his dynamic mathematical model is designed the PI controller, and the Fuzzy self-tuning PI controller is implemented to achieve the same objective. So, also is designed a PI controller for control of the link DC, in addition to the P+resonant controller with the objective of improving the response to its steady state of the injected power into the electric network. For this purpose it is used a single-phase two-level converter. The results of the simulations show the good performance of the proposed system and the power controller is validated by experimental results.

A finalidade deste trabalho é desenvolver uma contribuição ao projeto de geradores e motores de relutância chaveados. A primeira etapa do projeto consiste no dimensionamento inicial da máquina através de métodos analíticos convencionais [01]para, em seguida, desenvolver o seu refinamento usando o Método dos Elementos Finitos acoplado com as equações de circuitos elétricos. Inicialmente, é apresentada uma abordagem atualizada dos aspectos construtivos e operacionais deste equipamento, comuns aos dois modos de funcionamento, bem como dos aspectos relevantes da metodologia computacional utilizada. Apresentam-se, em seguida, os resultados das simulações conduzidas para a obtenção das características de torque estático, do fluxo concatenado e das indutâncias, em função da posição angular do rotor e da corrente, as suas implicações no projeto e a sua utilização para a definição das condições operacionais dinâmicas a serem simuladas. Em seguida, são apresentados os resultados das simulações em regime permanente e em transitórios operacionais da máquina elétrica funcionando de uma forma integrada com o seu conversor eletrônico dedicado. No fechamento deste trabalho, estes resultados são discutidos e comparados com alguns ensaios realizados. Apresenta-se também os possíveis desdobramentos para a continuidade do projeto deste tipo de equipamento. O enfoque essencial deste trabalho é a máquina elétrica e os seus resultados propiciam também uma orientação para a definição dos requisitos de projeto do conversor eletrônico e do sistema de controle. / This work aims to provide a contribution to the project of switched reluctance generators and motors. The first stage of the project consists of initial dimensioning of the machine through conventional analytical methods[1] followed by its refinement by using the Finite-element Method coupled with circuit equations. An updated approach on the constructive and operational aspects common to both the ways of the equipment, as well as relevant aspects of the computational methodology used are initially presented. Results of simulations carried out to obtain torque characteristics, flux-linkage and inductance, as a function of angular position of rotor and current, their implications in the project and their use to define dynamic operational condition to be simulated are then showed. Sequentially, results of the steady-state and transients operational simulations of the electric machine working in an integrated way with its dedicated electronic converter are presented. In the closing of this work, these results are discussed and compared to some of the tests performed. Related subjects for continuation of the project of this type of equipment are also presented. The main focus of this work is the electric machine and its results also provide an orientation to the definition of requirements to the project of electronic converter and control system.

A finalidade deste trabalho é desenvolver uma contribuição ao projeto de geradores e motores de relutância chaveados. A primeira etapa do projeto consiste no dimensionamento inicial da máquina através de métodos analíticos convencionais [01]para, em seguida, desenvolver o seu refinamento usando o Método dos Elementos Finitos acoplado com as equações de circuitos elétricos. Inicialmente, é apresentada uma abordagem atualizada dos aspectos construtivos e operacionais deste equipamento, comuns aos dois modos de funcionamento, bem como dos aspectos relevantes da metodologia computacional utilizada. Apresentam-se, em seguida, os resultados das simulações conduzidas para a obtenção das características de torque estático, do fluxo concatenado e das indutâncias, em função da posição angular do rotor e da corrente, as suas implicações no projeto e a sua utilização para a definição das condições operacionais dinâmicas a serem simuladas. Em seguida, são apresentados os resultados das simulações em regime permanente e em transitórios operacionais da máquina elétrica funcionando de uma forma integrada com o seu conversor eletrônico dedicado. No fechamento deste trabalho, estes resultados são discutidos e comparados com alguns ensaios realizados. Apresenta-se também os possíveis desdobramentos para a continuidade do projeto deste tipo de equipamento. O enfoque essencial deste trabalho é a máquina elétrica e os seus resultados propiciam também uma orientação para a definição dos requisitos de projeto do conversor eletrônico e do sistema de controle. / This work aims to provide a contribution to the project of switched reluctance generators and motors. The first stage of the project consists of initial dimensioning of the machine through conventional analytical methods[1] followed by its refinement by using the Finite-element Method coupled with circuit equations. An updated approach on the constructive and operational aspects common to both the ways of the equipment, as well as relevant aspects of the computational methodology used are initially presented. Results of simulations carried out to obtain torque characteristics, flux-linkage and inductance, as a function of angular position of rotor and current, their implications in the project and their use to define dynamic operational condition to be simulated are then showed. Sequentially, results of the steady-state and transients operational simulations of the electric machine working in an integrated way with its dedicated electronic converter are presented. In the closing of this work, these results are discussed and compared to some of the tests performed. Related subjects for continuation of the project of this type of equipment are also presented. The main focus of this work is the electric machine and its results also provide an orientation to the definition of requirements to the project of electronic converter and control system.