O presente trabalho trata do estudo e análise da influência da saturação magnética no torque de uma máquina síncrona com ímã permanente no rotor. A máquina síncrona em es-tudo trata-se de uma máquina cuja forma de onda de força contra eletromotriz é trapezoidal. Inicialmente é feito um estudo sobre os efeitos da saturação magnética nos três principais parâmetros da máquina, indutância de fase, relutância (vista pelo circuito que tem como fonte de fluxo magnético os ímãs permanentes) e a força contra eletromotriz. Em seguida, realiza-se um estudo sobre o torque eletromagnético para a máquina e a importância dos parâmetros estudados, demonstrando a forte dependência da qualidade do torque com estes parâmetros. Com base nos estudos sobre saturação e torque, objetiva-se, portanto, descrever o comportamento de cada um dos parâmetros quando da saturação da máquina e quanto/como cada um deles afeta o torque eletromagnético da máquina. A fim de se estudar cada componente do torque separadamente, avalia-se a máquina por meio do Método da Permeabilidade Fixa. Por fim, faz-se simulações em elementos finitos empregando o método apresentado e os resultados são analisados. / This work deals with the influence of magnetic saturation on torque of permanent mag-net synchronous machine. At first, a study of magnetic saturation is carried out in order to understand its influence on three main machines parameters, phase inductance, magnet re-luctance and back electromotive force. A study describing the electric torque and its compo-nents is carried out. This study explain the importance of each machines parameter on electric torques smoothness and amplitude. In order to investigate and describe each torques com-ponent, a review on Frozen Permeability Method is developed. At last, some simulation by means of finite element method with Frozen Permeability Method are carried out. The results are shown and analyzed.

O presente trabalho trata do estudo e análise da influência da saturação magnética no torque de uma máquina síncrona com ímã permanente no rotor. A máquina síncrona em es-tudo trata-se de uma máquina cuja forma de onda de força contra eletromotriz é trapezoidal. Inicialmente é feito um estudo sobre os efeitos da saturação magnética nos três principais parâmetros da máquina, indutância de fase, relutância (vista pelo circuito que tem como fonte de fluxo magnético os ímãs permanentes) e a força contra eletromotriz. Em seguida, realiza-se um estudo sobre o torque eletromagnético para a máquina e a importância dos parâmetros estudados, demonstrando a forte dependência da qualidade do torque com estes parâmetros. Com base nos estudos sobre saturação e torque, objetiva-se, portanto, descrever o comportamento de cada um dos parâmetros quando da saturação da máquina e quanto/como cada um deles afeta o torque eletromagnético da máquina. A fim de se estudar cada componente do torque separadamente, avalia-se a máquina por meio do Método da Permeabilidade Fixa. Por fim, faz-se simulações em elementos finitos empregando o método apresentado e os resultados são analisados. / This work deals with the influence of magnetic saturation on torque of permanent mag-net synchronous machine. At first, a study of magnetic saturation is carried out in order to understand its influence on three main machines parameters, phase inductance, magnet re-luctance and back electromotive force. A study describing the electric torque and its compo-nents is carried out. This study explain the importance of each machines parameter on electric torques smoothness and amplitude. In order to investigate and describe each torques com-ponent, a review on Frozen Permeability Method is developed. At last, some simulation by means of finite element method with Frozen Permeability Method are carried out. The results are shown and analyzed.

Este trabalho apresenta um sistema de controle com o objetivo de atenuar as ondulações do torque eletromagnético considerando os harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator do Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA). Dessa maneira, propõe-se a utilização de controladores proporcional-integrativo vetoriais juntamente com um sistema de identificação dos componentes harmônicos da corrente do estator empregando a transformada discreta de Fourier. O trabalho aborda a influência dos harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator nos harmônicos da corrente do estator, nas ondulações do torque eletromagnético e nas potências ativa e reativa do estator. Resultados de simulação avaliam o controlador proposto em condições adversas: variações paramétricas e da frequência da rede, além da influência de atrasos na corrente do estator. Finalmente, resultados experimentais validam o sistema proposto. / This work presents a vector controller with the objective of reducing the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator by means of control of the harmonics of the stator current in harmonic conditions of fifth, seventh, eleventh and thirteenth order of the stator voltage. The objective of the work is to propose a controller that uses two techniques already consolidated in the literature, proportional-integrative and discrete Fourier transform, besides being robust the main disadvantages of the existing harmonic controllers in the literature that are dependencies of the parameters of the machine and the Frequency of the network beyond the influence of the stator current delays on the harmonic controller. First, the influence of the fifth, seventh, eleventh, eleventh and thirteenth order harmonics of the stator voltage on the harmonics of the stator current and on the undulations of the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator are studied. Next, simulation results evaluate the proposed controller under adverse conditions: parametric variations and the frequency of the network, besides the influence of stator current delays. Finally, experimental results validate the controller under conditions that the controller reference is nonzero.

Este trabalho apresenta um sistema de controle com o objetivo de atenuar as ondulações do torque eletromagnético considerando os harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator do Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA). Dessa maneira, propõe-se a utilização de controladores proporcional-integrativo vetoriais juntamente com um sistema de identificação dos componentes harmônicos da corrente do estator empregando a transformada discreta de Fourier. O trabalho aborda a influência dos harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator nos harmônicos da corrente do estator, nas ondulações do torque eletromagnético e nas potências ativa e reativa do estator. Resultados de simulação avaliam o controlador proposto em condições adversas: variações paramétricas e da frequência da rede, além da influência de atrasos na corrente do estator. Finalmente, resultados experimentais validam o sistema proposto. / This work presents a vector controller with the objective of reducing the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator by means of control of the harmonics of the stator current in harmonic conditions of fifth, seventh, eleventh and thirteenth order of the stator voltage. The objective of the work is to propose a controller that uses two techniques already consolidated in the literature, proportional-integrative and discrete Fourier transform, besides being robust the main disadvantages of the existing harmonic controllers in the literature that are dependencies of the parameters of the machine and the Frequency of the network beyond the influence of the stator current delays on the harmonic controller. First, the influence of the fifth, seventh, eleventh, eleventh and thirteenth order harmonics of the stator voltage on the harmonics of the stator current and on the undulations of the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator are studied. Next, simulation results evaluate the proposed controller under adverse conditions: parametric variations and the frequency of the network, besides the influence of stator current delays. Finally, experimental results validate the controller under conditions that the controller reference is nonzero.

Made available in DSpace on 2015-05-08T14:59:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 6398613 bytes, checksum: e09f8497ce0bd0c80029b3b1c6af2d9e (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this paper, a control strategy is presented to control the position and feedrate of the table of a milling machine driven by three-phase induction motor for machining pieces consisting of different types of materials: steel, brass and nylon. In the development of the control strategy, it was applied the technique of vector control to drive three-phase induction machines. The motor electromagnetic torque estimation was used to determine the feedrate for the machining of each type of material. The speed control was developed using fuzzy logic model Takagi-Sugeno and the electromagnetic torque estimation using neural network type LMS algorithm. The induction motor was powered by a three-phase voltage inverter, driven by a digital signal processor (DSP). This processor was programmed to generate the pulse width modulation (PWM), perform signals acquisition of voltage, current and position, and implement the control strategy of the system. Simulated and experimental results are presented. / Neste trabalho, é apresentada uma estratégia de controle para controlar a posição e a velocidade de avanço da mesa de uma máquina fresadora acionada por motor de indução trifásico, na usinagem de peças constituídas por diferentes tipos de materiais: aço, latão e nylon. No desenvolvimento da estratégia de controle, aplicou-se a técnica de controle vetorial para o acionamento de máquinas de indução trifásicas. A estimação do conjugado eletromagnético do motor foi utilizada para a determinação da velocidade de avanço na usinagem de cada tipo de material. O controle de velocidade foi desenvolvido usando a lógica fuzzy modelo Takagi-Sugeno e a estimação do conjugado eletromagnético usandose a rede neural do tipo algoritmo LMS. O motor de indução foi alimentado por meio de um hardware inversor de tensão trifásica, acionado através de um processador digital de sinais. Esse processador foi programado para gerar a modulação por largura de pulso, realizar a aquisição dos sinais de tensão, corrente e posição, e implementar a estratégia de controle do sistema. Resultados simulados e experimentais são apresentados.

Les moteurs électriques sont responsables de 67% de la consommation d’électricité dans l’industrie. Remplacer les moteurs installés par des entrainements plus efficients requiert de statuer sur leur adéquation avec les charges qu’ils entrainent. Une contrainte forte est de les analyser « on-line » et sans mesures intrusives ni consignations des installations.Cette thèse répond à un triple objectif. Premièrement, un dispositif de diagnostic « non-invasif » facilement intégrable en milieu industriel a été développé avec quatre méthodes d’évaluation du niveau de charge des moteurs asynchrones directement connectés au réseau. Deux de ces méthodes, existantes et basées sur la mesure du courant et du flux magnétique de dispersion, font l’objet d’améliorations significatives qui les portent à un niveau TRL7. Les deux autres méthodes exploitent la mesure seule du flux de dispersion. Leur applicabilité est vérifiée pour une alimentation par un système de tensions, équilibré ou non, avec des variations permanentes ou aléatoires. Une étude plus exploratoire montre que l’estimation non-invasive du courant absorbé par les machines asynchrones alimentées par convertisseurs électroniques est possible par exploitation du flux rayonné. Deuxièmement, le dispositif de diagnostic énergétique et des algorithmes de recherche de motorisation adaptée à un cycle de fonctionnement défini ont été appliqués à des exemples concrets d’optimisation énergétique sur un site industriel très énergivore, une aluminerie. Troisièmement, cette étude propose une réflexion sur la gestion d’un parc moteurs et, notamment, sur l'analyse des performances des moteurs neufs comparés à ceux ayant subi un rebobinage. / In the industry, electrical motors are responsible for 67% of electricity consumption. Replacing installed motors by more efficient ones requires the knowledge of their suitability with the loads that they drive. Analyzing the load variations without intrusive measurements or installations consignments is a strong constraint.That is why this thesis has a threefold purpose. Firstly, a “noninvasive” diagnostic device has been developed with four methods for evaluating the load of grid-connected induction motors. Two of these methods, based on the measurement of the current and the magnetic stray flux, have been significantly improved up to TRL7. The two other methods exploit only the measurement of the stray flux. Their applicability is checked for balanced and unbalanced supply voltage systems with permanent or random variations. A more exploratory study shows that the noninvasive estimation of the current for inverter-fed induction machines is possible using the radiated external flux. Secondly, the energy diagnosis device and search algorithms adapted to an operating cycle motorization have been applied to practical examples of energy optimization in an electro-intensive industrial plant, an aluminum smelter. Thirdly, a reflection on the management of a motor fleet is proposed, in particular, on the performance analysis between new motors and rewounded ones.

Afin de définir une conception optimale d’un système électromécanique, celui-ci doit intégrer des contraintes toujours plus drastiques et de nombreux phénomènes physiques issus de : l’électromagnétique, l’aérothermique, l’électronique, la mécanique et l’acoustique. L’originalité de cette thèse est de proposer une modélisation multi-physique pour la conception reposant sur des modèles à constantes localisées : solution intermédiaire entre la modélisation analytique et numérique. Ces différents modèles permettront l’étude et la conception sous contraintes d’une machine synchrone à aimants permanents dédiée pour la traction ferroviaire. Les résultats de simulations seront comparés à des résultats éléments finis mais aussi à des essais expérimentaux. Ce modèle multi-physique est entièrement paramétré afin d’être associé à des outils d’optimisation. On utilisera ici une optimisation par essaim de particules pour chercher des compromis entre différents objectifs sous forme de Front de Pareto. Dans ce papier, nous ciblerons les objectifs suivants : le couple d’origine électromagnétique et le bruit d’origine électromagnétique. Finalement une étude de sensibilité valide la robustesse de la conception retenue quand celle-ci est soumise aux contraintes de fabrication. L’objectif étant de poser les bases d’un outil d’aide à la décision pour le choix d’une machine électrique / In order to perform an optimal design of electromechanical system, the designer must take into account ever more stringent constraints and many physical phenomena from electric, magnetic, aeraulic, thermic, electronic, mechanic and acoustic. The originality of this thesis is to put forward a multi-physic design based on lumped models: halfway between analytical and numerical modeling. These models allow sizing a permanent magnet synchronous machine under constraints for rail traction. The results are validated with finite element simulations and experimental analysis. The multi-physic modeling is fully automated, parameterized, in order to combine the model with the optimization tool. We used here particle swarm optimization to search compromises between several objectives (Pareto Front). In this paper, we focus on electromagnetic torque and electromagnetic noise. Finally a sensitive study validates the robustness of selected design when it is subjected to manufacturing constraints. The aim of this work is to propose a decision tool to size electrical machines

e main goal of this thesis is mechanical torque analysis of induction machine based on magnetic circuit saturation, oversaturated areas classification and the possibility of oversaturated areas reduction of their influence on machine properties. Whole problem is solved by finite element method in ANSYS program. Work is divided into the description and creating of electromagnetic model, a method of the induction machine equivalent circuit parameters determination, the electromagnetic field calculation by finite element method, experimental measurement using LabVIEW program with measurement accessories (PCIe card National Instruments), data processing program in DIAdem, results analysis of calculations in terms of magnetic circuit saturation, the influence of magnetic circuit material based on electromagnetic field distribution and the magnetic flux density along the air gap including spectral analysis using MATLAB and the electromagnetic torque and its parasitic torque components calculation.