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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.

abstract: This thesis presents a new technique to develop an air-conditioner (A/C) compressor single phase induction motor model for use in an electro-magnetic transient program (EMTP) simulation tool. The method developed also has the capability to represent multiple units of the component in a specific three-phase distribution feeder and investigate the phenomenon of fault-induced delayed voltage recovery (FIDVR) and the cause of motor stalling. The system of differential equations representing the single phase induction motor model is developed and formulated. Implicit backward Euler method is applied to numerically integrate the stator currents that are to be drawn from the electric network. The angular position dependency of the rotor shaft is retained in the inductance matrix associated with the model to accurately capture the dynamics of the motor loads. The equivalent circuit of the new model is interfaced with the electric network in the EMTP. The dynamic response of the motor when subjected to faults at different points on voltage waveform has been studied using the EMTP simulator. The mechanism and the impacts of motor stalling need to be explored with multiple units of the detailed model connected to a realistic three-phase distribution system. The model developed can be utilized to assess and improve the product design of compressor motors by air-conditioner manufacturers. Another critical application of the model would be to examine the impacts of asymmetric transmission faults on distribution systems to investigate and develop mitigation measures for the FIDVR problem. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2012

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-07-05T19:28:23Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ghunter Paulo Viajante - 2009.pdf: 4054510 bytes, checksum: 7a7664ef1ea06fe7cc1052791f2fb337 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2017-07-07T19:26:47Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ghunter Paulo Viajante - 2009.pdf: 4054510 bytes, checksum: 7a7664ef1ea06fe7cc1052791f2fb337 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-07T19:26:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ghunter Paulo Viajante - 2009.pdf: 4054510 bytes, checksum: 7a7664ef1ea06fe7cc1052791f2fb337 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2009-06-02 / This work presents the project, construction and automation of a test bench for single-phase induction motor, up to 1 CV, based on a Brazilian Standard, ABNT 5383- 2/2007. In order to reach this purpose, theoretical studies on data acquisition systems, virtual instrumentation, industrial communication protocols and normalized testing methodologies are performed. After test bench construction, tests based on the Brazilian Standard are performed, in order to test a single-phase induction motor with starting capacitor .The tests results are presented. / Este trabalho apresenta o projeto, implementação e automação de uma bancada para ensaios de motores de indução monofásicos de potência até 1 CV baseados na norma brasileira ABNT 5383-2/2007. Para tanto, foram realizados estudos teóricos acerca de sistemas de aquisição de dados, instrumentação virtual, protocolos de comunicação industrial e as metodologias de ensaios apresentadas na norma. Após a construção da bancada foram realizados os principais testes contemplados na norma brasileira em um motor de indução monofásico com capacitor de partida e apresentados os resultados.

Les moteurs asynchrones diphasés sont largement utilisés dans des applications de moins d’un kW, où le prix est un facteur important de choix, en particulier pour les volets roulants. Ces applications, pour des raisons de sécurité, nécessitent une détection précoce des obstacles et donc l’implantation d’un capteur de vitesse. Dans un souci de réduction de coût, une des pistes intéressantes est l’estimation de la vitesse à partir de la mesure des courants et des tensions, de manière à faire l’économie du capteur de vitesse. La première partie de notre travail a consisté à étudier et réaliser différentes alimentations : sur le secteur avec condensateur de déphasage ou par convertisseur statique. Dans une seconde partie, la modélisation du moteur en régime permanent et transitoire et celle du volet (tablier, frein, réducteur) nous a permis d’établir les caractéristiques électromagnétiques du motoréducteur et le comportement mécanique de la charge. Les paramètres de ces modèles ont été identifiés et les résultats analysés. Dans la troisième partie, à partir de ces modèles, différentes stratégies de détection de fin de course du volet sans capteur, d’arrêt sur obstacles ainsi qu’une commande de limitation de couple ont été mises au point et validées expérimentalement. Une carte électronique économique a été réalisée. / The single-phase induction motor is widely used for capacity of less than the kW in applications where the price is an important consideration, particularly for rolling shutters. For safety reasons, these applications require an early detection of obstacles and thus it is necessary to implement a speed sensor. In a preoccupation of cost saving, one tries to estimate the speed on the basis of voltage and current measurements, in order to economize on the speed sensor. The first part of our work deals with the study and realization of different power supplies : Capacitor-run single-phase induction motor or static converter supply. In a second part, the static and transient modeling of the motor and the rolling shutter (shutter, gears and brake) has provided the electromagnetic characteristics of the geared motor and the mechanical behavior of the load. The parameters of these models have been identified and the results have been discussed. In the third part, from these models, different strategies have been devised and validated for detecting the arrival of a rolling shutter on the abutment, implementing a soft stop on obstacles and limiting the torque. A low cost electronic command board has been realized.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes a sensorless speed control applied to single-phase induction motors (SPIM). The objective is to present an alternative for variable speed single-phase motor drives for residencial applications, which operate mostly with constant speed. For contextualization in the actual scenario, firstly a bibliographic review about variable speed operation of single-phase induction motors is presented. After, the mathematical model that represents the single-phase induction motor dynamic behavior is developed, and following, the model validation to obtain the electrical parameters is done with classical experimental tests. Then, a field orientation technique applied to single-phase induction motors is presented, where a new mathematical model is developed for the application of this technique in this motor. Also, this work proposes a method of single-phase induction motors rotor speed estimation using an MRAS (Model Reference Adaptive System) algorithm, based on the calculation of the motor s reactive power. So, some simulation results are presented for the validation of the proposed estimation technique. The speed controller used is a discrete PI because the simplicity of its implementation. Two discrete PI s controllers are used for current control. Finally, experimental results obtained in a computer based environment are presented to validate the proposed techniques with and without rotor speed sensor. / Este trabalho propõe um controle de velocidade sensorless aplicado a motores de indução monofásicos. Tem-se por objetivo proporcionar uma alternativa de acionamento com velocidade variável dos motores de indução monofásicos em aplicações residenciais, nas quais estes geralmente operam em velocidades fixas. Para contextualização do tema no cenário atual, inicialmente é apresentada uma revisão da literatura quanto aos acionamentos a velocidade variável de motores de indução monofásicos. A partir da revisão da literatura é desenvolvido o modelo matemático que representa o comportamento dinâmico do motor de indução monofásico e, juntamente com este tópico, a validação do modelo para obtenção dos parâmetros elétricos é feita a partir de ensaios clássicos. Em seguida, é apresentada uma técnica de controle por orientação no campo aplicada a motores de indução monofásicos, com a obtenção de um novo modelo matemático onde essa técnica possa ser aplicada. Além disso, esse trabalho propõe um método de estimação da velocidade rotórica de motores de indução monofásicos a partir de um algoritmo MRAS (Model Reference Adaptive System), baseado no cálculo da potência reativa deste motor. Com isso, são apresentados resultados de simulação para validação da técnica de estimação proposta. O controlador de velocidade escolhido é um PI discreto, que teve sua escolha definida pela simplicidade de implementação. Dois controladores PI s discretos também são usados para o controle das malhas de corrente. Por fim, são apresentados resultados experimentais desenvolvidos em plataforma computadorizada que validam as técnicas propostas, tanto no controle de velocidade com a medição da mesma, como no controle de velocidade sem o uso do sensor.

This work is in the first chapter deals with the basic properties of single phase and three-phase induction motors. The following describes the procedure for obtaining a starting torque of single-phase asynchronous motor. In the second part of the calculation is carried out single-phase induction motor with a permanently connected capacitor and its control, calculation of output values, the program proposed solution to this calculation in Microsoft Excel 2007 and calculated parameters of the development of methods of calculation were compared with measured, the values supplied by ATAS Náchod.

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.

In this study, three different programs are developed for the analysis of the three-phase induction motor, single-phase capacitor type induction motor and switched reluctance motor. The programs are developed by using Pascal and C++ programming languages. In the performance calculations of motors, analytical methods are used and these methods are tested for accuracy. These programs have also capabilities to design an optimum motor, which meets a set of performance, material and manufacturing constraints while minimizing the weight or any other defined objective function. In addition, in this study, an optimization tool is used to obtain an appropriate optimization method for the design of different types of motors. The software is tested over different commercial motors. The results illustrates that the performance calculations and optimization approach of the programs lead to good results.