The most widely used variable reluctance and permanent magnet stepper motors of different design types are discussed in the theoretical part of this work. It also overviews a constructional diversity of these motors, the fundamentals of operating modes and characteristics. This part discuses features of stepper motors as a part of automation control system, presents the main counting equations and applications with stepper motors. The practical part includes the mathematical model of stepper motor and the Simulink model that was developed for software package “Matlab”. Those models formed the basis for analysis of stepper motor dynamic characteristics in various operating modes (wave drive, full step drive, half step drive, microstepping, reversing, braking).

Orientador: Prof. Dr. Alfeu Joãozinho Sguarezi Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Neste trabalho é estudado o gerador de relutância variável 12/8 aplicado em sistemas de geração eólica. Para a conexão do gerador com a rede elétrica será empregado o conversor em ponte assimétrico que compartilha o barramento de corrente contínua com um inversor. O conversor assimétrico tem a função de controlar a tensão no elo de corrente contínua e emprega controladores PIs para este fim. Já, o inversor conectado à rede elétrica controla as potências injetadas na rede por meio da técnica de controle orientado por tensão empregando controladores PIs. Analisou-se também as condições da máquina em termos de indução magnética através de simulações computacionais, pelo Método dos Elementos Finitos, com intuito de verificar e estimar os níveis de indução garantindo que a operação do controle atue de fato em condição de não saturação da máquina. Resultados das simulações de operação do gerador conectado à rede elétrica trifásica e dos níveis de indução magnética são apresentados para validar a proposta. / This academic work examines the switched reluctance generator 12/8 applied in wind power generation systems. A asymmetric bridge converter shares the DC link with an inverter that allows generator connection to the power grid. The asymmetric half bridge converter has the function of controlling the voltage of the DC link and uses PI controllers for this purpose. Already, the inverter connected to the grid controls the power injected into the grid across voltage oriented controle by employing PIs voltage controllers. It was also analyzed the machine conditions in terms of magnetic induction through computational simulations, by the Finite Element Method, in order to verify and estimate the induction levels, ensuring that the operation of the control actually acts in the condition of non-saturation of the machine. Results of the operation simulations of the generator connected to the three-phase electric grid and the magnetic induction levels are presented to validate the proposal

nÃo hà / Neste trabalho à apresentado um estudo sobre as caracterÃsticas de magnetizaÃÃo estÃtica de um MRRV â Motor Rotativo de RelutÃncia VariÃvel â de 1 cv, com base na simulaÃÃo do projeto da mÃquina utilizando AnÃlise por Elementos Finitos (AEF) 3D com malhas tetraÃdricas e hexaÃdricas, com vistas a investigar a que mais adequava-se a esse estudo. TrÃs mÃtodos experimentais foram utilizados para a validaÃÃo do projeto via Elementos Finitos: mÃtodo de determinaÃÃo da impedÃncia com tensÃo CA, mÃtodo do tempo de subida de corrente DC de fase e mÃtodo do tempo de descida de corrente DC de fase. Um estudo comparativo foi realizado como forma de efetivar a validaÃÃo. Todas as tarefas de simulaÃÃo e de mediÃÃo foram realizadas utilizando um microcomputador. Para a realizaÃÃo da simulaÃÃo do projeto foi utilizado um software de simulaÃÃo numÃrica com anÃlise dos Elementos Finitos (CST STUDIO SUITE TM 2010Â) em trÃs dimensÃes, utilizando para tanto, malhas tetraÃdricas e hexaÃdricas. Para as tarefas de mediÃÃo, foi utilizada tambÃm uma placa de aquisiÃÃo de dados (DAQ) integrada a duas interfaces: do LabView e Signal Express ambos desenvolvidos pelo o mesmo fabricante da placa de aquisiÃÃo (National Instruments) com o objetivo de determinar a indutÃncia por fase do MRRV. A partir dos valores obtidos de indutÃncias por fase, foi calculado o fluxo concatenado por fase. GrÃficos de fluxo concatenado por corrente e perfis de indutÃncias para sete posiÃÃes sÃo apresentados e entÃo comparados com a simulaÃÃo por AEF. Tabelas evidenciando as diferenÃas de alguns valores entre os mÃtodos em termo de porcentagem sÃo apresentadas e discutidas. Uma avaliaÃÃo sobre todos os mÃtodos foi feita, evidenciando aspectos positivos, negativos, limitaÃÃes e sugestÃes de melhoria dos mesmos. A mÃquina estudada foi um Motor Rotativo de relutÃncia VariÃvel 6/4 (6 pÃlos no estator e 4 pÃlos no rotor), trifÃsico, de 1 cv de potÃncia, corrente nominal de 10A e velocidade de 2.000 rpm, projetado pelo Grupo de Pesquisa em AutomaÃÃo e RobÃtica do Departamento de Engenharia ElÃtrica da Universidade Federal do CearÃ. / This paper presents a study on the characteristics of a static magnetization VRRM - Variable Reluctance Rotating Motor â 1 hp, based on the simulation of machine design using Finite Element Analysis (FEA) with 3D tetrahedral and hexahedral meshes intending to investigate which meshes is the most suited to this study. Three experimental methods to validate the design via Finite Elements were used: method for determining the impedance with AC voltage, the rising time method of DC current phase and falling time of DC current phase method. All tasks of simulation and measurement were performed using a personal computer. To perform the design simulation a numeric simulation software was used with finite element analysis (CST STUDIO SUITE TM 2010Â) in three dimensions, using both, tetrahedral and hexahedral meshes. For measurement tasks also a data acquisition board (DAQ) integrated with two interfaces was used: the LabView and Signal Express both developed by the same manufacturer of the acquisition board (National Instruments) aiming to determine the inductance per phase of the VRRM. From the values obtained of inductance per phase the flux linkage per phase was calculated. Graphs of flux linkage with current and inductance profiles for seven positions are shown and compared with the simulation FEA. Tables showing the values of some differences between the methods in terms of percentage are presented and discussed. An evaluation of all methods was done, showing positives and negatives aspects, limitations and suggestions to improve them. The machine was a studied Variable Reluctance Rotating Motor 6/4 (6 stator poles and 4 poles on the rotor), three-phase, 1 hp, rated current of 10A and speed of 2.000 rpm, designed by the Research Group on Automation and Robotics, Department of Electrical Engineering, Federal University of CearÃ.

O motor linear à relutância variável (MLRV) é uma máquina elétrica alimentada em corrente contínua, com fases excitadas numa sequência determinada. Caracterizado por operar numa ampla faixa de variação de velocidade, é utilizado em aplicações lineares que convertem energia elétrica em força e movimento de translação. A necessidade de dispositivos comutadores de corrente e um sistema de controle requer boa estimativa do perfil de indutância do motor. No entanto, uma vez que o maior entreferro dificulta o cálculo analítico, este perfil deve ser obtido através de métodos numéricos. Neste contexto, este trabalho apresenta um motor linear do tipo fluxo longitudinal de 4 fases, destinado a mover um sistema de translação deslizante de abertura e fechamento. A robustez, a simplicidade de construção e a potência reduzida foram decisivos na escolha do tipo de máquina. A análise via elementos finitos (AEF) é aplicada a fim de determinar o desempenho, qualificado pela auto-indutância das bobinas de fase e pela capacidade de produção da força de propulsão. A AEF também é utilizada na avaliação do fator de ondulação da força (force ripple), altamente presente neste tipo de motor, além da produção de vibração e ruído acústico, decorrentes do mesmo. / The linear variable reluctance motor (LVRM) is an electric machine fed by direct current with excited phases in a given sequence. Characterized by operating in a wide range of speed variation, it is used in linear applications that converts electric energy into force and translation movement. The need for current switching devices and a control system requires a good estimate of the motor’s inductance profile. However, since the larger air gap makes analytical calculation difficult, this profile must be obtained by numerical methods. In this context, this work presents a linear motor of the 4 phase transverse flow type designed to move a sliding translation system of opening and closing. Robustness, simplicity of construction and reduced power are decisive in the choice of machine type. The finite element analysis (FEA) is applied in order to determine the performance, qualified by the self-inductance of phase coils and the propulsion force production capacity. The FEA is also used in the evaluation of the force ripple factor, highly present in this type of motor, besides the production of vibration and acoustic noise arising from ripple factor. / Dissertação (Mestrado)