Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:10:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240712.pdf: 1047591 bytes, checksum: fcdd8ea3650f56ee06ea8c826ef096c2 (MD5) / RESUMO: O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a análise de um sistema computacional para o auxílio em projetos de atuador magnético linear biestável mono-bobina. O princípio de funcionamento, de forma geral e em detalhes deste tipo de atuador é explicado. Foi realizada a construção de um protótipo no laboratório bem como uma bancada experimental para que dados teóricos e práticos fossem comparados. Foram empregadas as equações de circulação de campos e conservação de fluxo na estrutura em duas dimensões (2D) para o cálculo dos parâmetros magnéticos, os quais foram calibrados através de uma análise através do Método de Elementos Finitos. Equações elétricas, magnéticas e mecânicas foram acopladas na realização da análise do comportamento dinâmico da estrutura. Os requisitos para o projeto de atuador como: as dimensões da estrutura, características da bobina, dos ímãs, forças, entre outros, foram relacionados com os cálculos dos parâmetros eletromagnéticos e com a simulação dinâmica da estrutura com a finalidade de fornecer resultados que variam de acordo com as características exigidas no projeto.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:05:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 256626.pdf: 2044278 bytes, checksum: 5157094bb71246f09ce204f01f816ca7 (MD5) / O principal objetivo deste trabalho é contribuir com o estudo de motores síncronos de ímãs permanentes internos, de alta eficiência, buscando a melhor relação de torque por corrente, aproveitando o torque de relutância, com o uso do enfraquecimento de campo, que pode ser empregado para estender a faixa de operação do motor ou incrementar o torque eletromagnético. Faz-se uso de programas de cálculo analítico e de elementos finitos como ferramentas de projeto e análises das diferentes topologias do rotor em estudo. São avaliados também limites de operação térmica do ímã e de rotação máxima do rotor. O melhor projeto é escolhido para produção de um protótipo. Testes experimentais são realizados com o protótipo, os quais confirmam o bom desempenho do motor, mostrando uma alta eficiência em uma ampla faixa de rotação. É também comprovado, o uso do enfraquecimento de campo como uma excelente alternativa para a obtenção de torques adicionais ou aumentar a faixa de operação do motor. Na segunda etapa da pesquisa, é realizado o levantamento de custo de material ativo do protótipo. Além disso, novos projetos de motores são avaliados, com o propósito de reduzir custo, mantendo ou melhorando o desempenho. Com o projeto de melhor eficiência é fabricado outro protótipo que é comparado com o primeiro e com um motor de indução. É comprovado nos resultados de testes, que os motores síncronos de ímãs permanentes internos apresentam vantagens em relação aos motores de indução, principalmente em termos de volume e eficiência.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-graduação em Física / Made available in DSpace on 2012-10-24T19:37:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T20:29:25Z : No. of bitstreams: 1 274147.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Neste trabalho foi realizado um estudo das propriedades magnéticas intrínsecas e estruturais de quatro sistemas de ligas: Nd16Fe76-xRuxB8, Nd16-Co76-xRuxB8, Nd16Co76-xRuxC7B e Nd16Co72-xRuxC11B. O foco de atenção é particularmente a fase tetragonal f (2:14:1) (grupo de espaço P42/mmm). Para isto foram utilizadas as técnicas experimentais de difração de raios-X, espectroscopia Mössbauer, medidas de magnetização, termogravimetria, calorimetria diferencial de varredura e análise metalográfica. As amostras foram preparadas por fusão à arco voltaico a partir da mistura nominal dos elementos de pureza eletrolítica (99,9 %). O propósito desta investigação é observar o efeito da substituição parcial do Fe ou Co pelo Ru nas propriedades magnéticas destas ligas, além de analisar comparativamente o efeito da contribuição da sub-rede 3d com a presença de Fe ou Co, com a introdução de um elemento 4d, o Ru (isoeletrônico do Fe), nas propriedades magnéticas desses materiais. Desde o advento dos chamados supermagnetos, à base de terras raras com metais de transição, surgiu uma grande expectativa de produzir materiais magnéticos de alto desempenho e baixo custo, e um grande esforço foi empreendido para encontrar novos materiais ainda melhores. Inicialmente grande atenção foi dada aos compostos à base de boro, os chamados boretos. Com a descoberta de que o boro pode ser substituído pelo carbono, surgiu um grande interesse pela família dos carbetos, gerando em seguida os boro-carbetos, que apresentam coercividades muito maiores do que os boretos convencionais. Uma grande anisotropia magnetocristalina ocorre nesses sistemas, devido basicamente à contribuição da sub-rede dos terras raras. Compostos do tipo R2Fe14B e R2Fe14C têm campos cristalinos idênticos e a interação de troca 3d-4f é praticamente a mesma em ambos. A substituição de carbono por boro reduz a temperatura de Curie em cerca de 30-40 K, e o momento magnético médio diminui. Por outro lado, os custos de produção são bem menores para os carbetos, que apresentam ainda elevada magnetização de saturação e alta suscetibilidade diferencial em campos magnéticos intensos, o que ainda não é bem esclarecido. Neste sentido o presente estudo é dedicado à salientar as peculiaridades desses intermetálicos focalizando o efeito da variação da constituição química da sub-rede 3d (ao trocar Fe por Co e/ou Ru) e da concentração dos constituintes em boretos e correspondentes carbetos assim como em suas combinações (boro-carbetos). / In this work is performed a study of the structural and magnetic properties of four alloy systems: Nd16Fe76-xRuxB8, Nd16Co76-xRuxB8, Nd16Co76-x-RuxC7B and Nd16Co72-xRuxC11B. The focus of attention is particularly on the f phase (2:14:1) (space group P42/mmm). For this purpose the experimental techniques of X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, magnetization measurements, thermogravimetry, differential scanning calorimetry and metalograhic analysis were used. The samples were prepared by arc melting the nominal mixtures of the elements of electrolytic purity (99.9%). The purpose of this investigation is to observe the effect of the partial substitution of Fe or Co by Ru on the magnetic properties of these alloys. Moreover to analyze comparatively the effect of the contribution of the 3d sublattice with the presence of Fe or Co, with the introduction of a 4d element, Ru (isoelectronic of Fe), on the magnetic properties of these materials. Since the advent of the so-called supermagnets, based on the rare earth with transition metals, there is a large expectation for the production of low cost and high performance magnetic materials and a great effort was devoted in obtaining even better new materials. Initially great attention was given to the compounds based on boron, the borides. With the discovery that boron can be replaced by carbon, it arises a great interest for the family of carbides, giving rise to the borocarbides, which have coercivities much larger than conventional borides. A large magnetocrystalline anisotropy occurs in these systems, basically due to the contribution of the rare earth sublattice. Compounds like R2Fe14B and R2Fe14C have identical crystalline fields and the exchange interaction 3d-4f is practically the same in both of them. The substitution of carbon for boron decreases the Curie temperature in about 30-40 K, and the average magnetic moment has a small decrease. On the other hand the production costs are much smaller for the carbides, which have a large saturation magnetization and an extraordinarily high differential susceptibility in high magnetic fields, which still is not well understood. In this sense, the present study is devoted to highlighting the peculiarities of the magnetic properties of these intermetallics focusing on the effect of the change in the chemical composition of the 3d sublattice (by changing Fe or Co by Ru) and of the concentration of constituents in the borides and corresponding carbides as well as in their combinations (boro-carbides).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:14:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345508.pdf: 3912458 bytes, checksum: 3dd31a82f6d2f007f1230ce752b9a02b (MD5) Previous issue date: 2017 / O presente trabalho aborda o projeto de motores síncronos com ímãs permanentes, em específico os motores de corrente contínua sem escovas (BLDC). Os motores de ímãs permanentes, se comparados aos de indução, são de melhor desempenho, o que justifica as suas utilizações. Com a preocupação de se obter um projeto competitivo no mercado, a técnica de otimização também é abordada nas etapas de projeto. É realizado o projeto de um motor de pequeno porte o qual é otimizado considerando o modelo térmico. Para verificar a eficácia do método e validar os resultados, os dados de saída da otimização são validados pelo método dos elementos finitos. Aspectos como combinação do número de ranhuras e polos, esquema de bobinagem, harmônicas, perdas, indutâncias e influência da comutação no torque também são abordados, o que permite realizar uma melhor análise do projeto para que soluções mais eficientes, econômicas e sustentáveis possam ser propostas.<br> / Abstract : This work discusses the design of permanent magnet synchronous motors, in particular the brushless direct current motors (BLDC). Permanent magnet motors when compared to induction motors present better performance justifying their use. In order to obtain a competitive design, an optimization technique is also discussed. The design of a small motor is optimized considering the thermal model. Finite Element simulations are performed to verify the effectiveness of the design methodology and validate the optimization procedure. Aspects such as combinations of slots and poles numbers, winding scheme, harmonics, losses, inductances and influence of switching in torque are also discussed allowing a better design for more efficient, economic and sustainable solutions.

Nesse trabalho estudou-se a influência da adição de 0,5 % at. de zircônio (Zr) e gálio (Ga) nos ímãs permanentes à base de praseodímio (Pr) HD sinterizados obtidos por uma mistura de ligas. As ligas utilizadas foram: Pr12,6Fe68,3Co11,6B6Zr0,5Ga1, Pr16Fe75,5B8Zr0,5 e Pr13Fe80,5B6Zr0,5. A investigação foi realizada a partir das medidas das propriedades magnéticas e da microestrutura. Inicialmente, compararam-se as fases das ligas com as fases obtidas nos ímãs sinterizados. Posteriormente, os ímãs foram submetidos a um ciclo de tratamento térmico (de duas horas a 1000º C com resfriamento rápido até 10 horas, em seguida, de cinco horas nas mesmas condições, até 35 horas). Para o entendimento do papel de cada aditivo na fase magneticamente dura (fase &#934;), foram analisadas as mudanças na microestrutura e relacionadas com as mudanças nas propriedades magnéticas. O Ga e Zr atuam como refinadores da fase &#934; (matriz). O Ga atua no grão da fase &#934; possibilitando a estabilidade da sua forma e melhorias das propriedades magnéticas. Para o ímã Pr14,3Fe71,9Co5,8B7Zr0,5Ga0,5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência de (1,25±0,02) T para (1,30±0,02) T, coercividade intrínseca de (1,11±0,02) T para (0,87±0,02) T, fator de quadratura de (0,68±0,02) para (0,89±0,02) e produto de energia de (285±5) kJ/m3 para (317±5) kJ/m3. O Zr tem uma atuação dual. Inibe o crescimento desordenado do grão e aumenta a anisotropia, mas, ao alojar-se no contorno de grão, gera domínios reversos prejudicando a coercividade intrínseca. Para o ímã Pr14.5Fe78B7Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,19±0,02) T para (1,25±0,02) T, coercividade de (0,74±0,02) T para (0,94±0,02) T, fator de quadratura de (0,88±0,02) para (0,85±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m para (291±5) kJ/m. Para o ímã Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 20 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,17±0,02) T para (1,24±0,02) T, coercividade de (0,90±0,02) T para (1,22±0,02) T, fator de quadratura de (0,93±0,02) para (0,66±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m3 para (272±5) kJ/m3. / In this work was studied the influence of the addition of 0.5 at. % of zirconium and gallium on praseodymium-based HD sintered magnets obtained using a mixture of alloys. The alloys used in this study were: Pr12.6Fe68.3Co11.6B6Zr0.5Ga1, Pr16Fe75.5B8Zr0.5, Pr13Fe80.5B6Zr0.5. The investigation started by measuring the magnetic properties and observing the microstructure of the magnets. After that, the magnets were annealed at 1000ºC for 2 hours followed by rapid cooling, in a total of 10 hours. This heat treatment was followed by 5 hours at the same temperature up to a total of 35 hours. Changes in the microstructure were compared to the change in the magnetic properties aiming at a proper understanding of the role of each added element in relation to the magnetically hard phase (phase &#934;). It has been shown that gallium and zirconium act as grain refiners of the matrix phase &#934;. Gallium acts in the grain and favoring of the shape stability and improvement of the magnetic properties. For the Pr14.3Fe71.9Co5.8B7Zr0.5Ga0.5 sintered magnet the evolution of the magnetic properties after 15 hours heat treatment was: remanence from (1.25±0.02) T to (1.30±0.02) T, intrinsic coercivity from (1.11±0.02) T to (0.87±0.02) T, squareness factor from (0.68±0.02) to (0.82±0.02) and energy product from (285±5) kJ/m3 to (317±5) kJ/m3. Zirconium has two effects on the sintered magnets. Firstly, avoiding random grain growth and enhancing anisotropy. However, by concentrating on the grain boundaries, yield reverse domains and is detrimental to the intrinsic coercivity. For the sintered Pr14.5Fe78B7Zr0.5 magnet the evolution of the magnetic properties achieved after a heat treatment of 15 hours was: remanence from (1.19±0.02) T to (1.25±0.02) T, coercivity from (0.74±0.02) T to (0.94±0.02) T, squareness factor from (0.88±0.02) to (0,85±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m to (291±5) kJ/m. For the Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 sintered magnet the evolution of magnetic properties after 20 hours heat treatment was: remanence from (1.17±0,02) T to (1.24±0.02) T, coercivity from (0.90±0,02) T to (1.22±0.02) T, squareness factor from (0,93±0,02) to (0.66±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m3 to (291±5) kJ/m3.

Nesse trabalho estudou-se a influência da adição de 0,5 % at. de zircônio (Zr) e gálio (Ga) nos ímãs permanentes à base de praseodímio (Pr) HD sinterizados obtidos por uma mistura de ligas. As ligas utilizadas foram: Pr12,6Fe68,3Co11,6B6Zr0,5Ga1, Pr16Fe75,5B8Zr0,5 e Pr13Fe80,5B6Zr0,5. A investigação foi realizada a partir das medidas das propriedades magnéticas e da microestrutura. Inicialmente, compararam-se as fases das ligas com as fases obtidas nos ímãs sinterizados. Posteriormente, os ímãs foram submetidos a um ciclo de tratamento térmico (de duas horas a 1000º C com resfriamento rápido até 10 horas, em seguida, de cinco horas nas mesmas condições, até 35 horas). Para o entendimento do papel de cada aditivo na fase magneticamente dura (fase &#934;), foram analisadas as mudanças na microestrutura e relacionadas com as mudanças nas propriedades magnéticas. O Ga e Zr atuam como refinadores da fase &#934; (matriz). O Ga atua no grão da fase &#934; possibilitando a estabilidade da sua forma e melhorias das propriedades magnéticas. Para o ímã Pr14,3Fe71,9Co5,8B7Zr0,5Ga0,5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência de (1,25±0,02) T para (1,30±0,02) T, coercividade intrínseca de (1,11±0,02) T para (0,87±0,02) T, fator de quadratura de (0,68±0,02) para (0,89±0,02) e produto de energia de (285±5) kJ/m3 para (317±5) kJ/m3. O Zr tem uma atuação dual. Inibe o crescimento desordenado do grão e aumenta a anisotropia, mas, ao alojar-se no contorno de grão, gera domínios reversos prejudicando a coercividade intrínseca. Para o ímã Pr14.5Fe78B7Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 15 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,19±0,02) T para (1,25±0,02) T, coercividade de (0,74±0,02) T para (0,94±0,02) T, fator de quadratura de (0,88±0,02) para (0,85±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m para (291±5) kJ/m. Para o ímã Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 a evolução das propriedades magnéticas, após 20 h de tratamento térmico, foi: remanência (1,17±0,02) T para (1,24±0,02) T, coercividade de (0,90±0,02) T para (1,22±0,02) T, fator de quadratura de (0,93±0,02) para (0,66±0,02) e produto de energia (258±5) kJ/m3 para (272±5) kJ/m3. / In this work was studied the influence of the addition of 0.5 at. % of zirconium and gallium on praseodymium-based HD sintered magnets obtained using a mixture of alloys. The alloys used in this study were: Pr12.6Fe68.3Co11.6B6Zr0.5Ga1, Pr16Fe75.5B8Zr0.5, Pr13Fe80.5B6Zr0.5. The investigation started by measuring the magnetic properties and observing the microstructure of the magnets. After that, the magnets were annealed at 1000ºC for 2 hours followed by rapid cooling, in a total of 10 hours. This heat treatment was followed by 5 hours at the same temperature up to a total of 35 hours. Changes in the microstructure were compared to the change in the magnetic properties aiming at a proper understanding of the role of each added element in relation to the magnetically hard phase (phase &#934;). It has been shown that gallium and zirconium act as grain refiners of the matrix phase &#934;. Gallium acts in the grain and favoring of the shape stability and improvement of the magnetic properties. For the Pr14.3Fe71.9Co5.8B7Zr0.5Ga0.5 sintered magnet the evolution of the magnetic properties after 15 hours heat treatment was: remanence from (1.25±0.02) T to (1.30±0.02) T, intrinsic coercivity from (1.11±0.02) T to (0.87±0.02) T, squareness factor from (0.68±0.02) to (0.82±0.02) and energy product from (285±5) kJ/m3 to (317±5) kJ/m3. Zirconium has two effects on the sintered magnets. Firstly, avoiding random grain growth and enhancing anisotropy. However, by concentrating on the grain boundaries, yield reverse domains and is detrimental to the intrinsic coercivity. For the sintered Pr14.5Fe78B7Zr0.5 magnet the evolution of the magnetic properties achieved after a heat treatment of 15 hours was: remanence from (1.19±0.02) T to (1.25±0.02) T, coercivity from (0.74±0.02) T to (0.94±0.02) T, squareness factor from (0.88±0.02) to (0,85±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m to (291±5) kJ/m. For the Pr3316Fe75.5B8Zr0.5 sintered magnet the evolution of magnetic properties after 20 hours heat treatment was: remanence from (1.17±0,02) T to (1.24±0.02) T, coercivity from (0.90±0,02) T to (1.22±0.02) T, squareness factor from (0,93±0,02) to (0.66±0.02) and energy product from (258±5) kJ/m3 to (291±5) kJ/m3.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T16:21:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275393.pdf: 4002670 bytes, checksum: 469ff82b0090cfab9530bd4bd13888d7 (MD5) / Este trabalho aborda o estudo de um atuador linear para aplicação em compressores herméticos. Primeiramente, apresenta-se uma revisão básica sobre os aspectos gerais dos sistemas de refrigeração. Desenvolve-se a modelagem analítica do atuador, utilizando o modelo de relutância para cálculo do fluxo magnético e para obtenção da força eletromotriz induzida. O atuador é, então, modelado a partir das equações de Maxwell para o problema magnetostático. Essas equações são resolvidas usando-se o MEF com o auxílio de software. Devido à simetria do atuador é usada a formulação axissimétrica em potencial vetor. Em seguida, apresenta-se a metodologia de cálculo desenvolvida nesse trabalho para projetar um atuador. O trabalho também mostra a metodologia experimental e a bancada de testes utilizada durante as medições, onde se optou pelo conceito de acoplamento Back-to-Back dos motores avaliados. Além disso, métodos de otimização são estudados e o atuador proposto é otimizado com uma ferramenta de otimização baseada em algoritmos genéticos. Por fim, os resultados obtidos analítica e numericamente são comparados com os resultados obtidos em medições experimentais. A boa concordância entre os resultados permite validar a metodologia de projeto proposta nesse trabalho. / The aim of this work is to study a linear actuator for the application in hermetic compressors. Firstly, a basic review on the general aspects of refrigeration systems is presented, which is followed by the analytical modeling of the linear actuator, using the reluctance model for the magnetic flux and induced electromotive force calculations. The actuator is then modeled from Maxwell's equations for the magnetostatic problem, which are solved using the Finite Element Method supported by the software FEMM. Due to the symmetry of the actuator an axi-symmetric vector potential formulation is used. After that, the developed calculation procedure to design the actuator is presented, as well as the experimental methodology and the test bench used for the measurement of the prototypes performance, where the "Back-to-Back" coupling concept is chosen. Moreover, optimization methods are studied and the proposed actuator is optimized with an optimization tool based on genetic algorithms. Finally, the results obtained analytically and numerically are compared to the results obtained in experimental measurement. The good agreement between the results allows to validate the design methodology proposed in this work.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-25T08:11:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303778.pdf: 6180783 bytes, checksum: 7527e4ebce338d2a006376414c378891 (MD5) / Recentemente, nota-se um aumento crescente na preocupação com as causas ambientais. Em escala mundial, a consciência ecológica e, em particular, a aceleração do aquecimento global pela emissão de gases de usinas termoelétricas, têm aumentado cada vez mais a pressão sobre os fabricantes de máquinas elétricas no sentido de disponibilizar produtos de alta eficiência. Os motores síncronos de partida direta com ímã permanente (LSPM) podem ser considerados uma alternativa ao motor de indução convencional por oferecer alta eficiência e fator de potência elevado. Neste trabalho, é apresentada uma introdução inicial a respeito dos motores síncronos. Também são destacadas as características construtivas importantes para o projeto deste tipo de motor. O efeito da geometria do estator e rotor no funcionamento assíncrono do motor LSPM é analisada através de uma nova proposta de modelagem. O efeito do torque de freio gerado pelo magneto é estudado e aplicado à teoria do motor de indução de modo a gerar um método completo de modelagem. Finalmente, uma comparação entre os resultados das simulações e dos experimentos é apresentada, e em sequencia, são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / In recent years, there has been a significant increase in awareness of environmental issues. Worldwide concern for the environment and, in particular, the acceleration of global warming by the emission of gases from power stations is leading to growing pressure on manufacturers to produce higher efficiency electrical machines. Linestart permanent magnet (LSPM) motor is noted as an alternative to the conventional induction motor because it offers a very high efficiency and high power factor. In this work, a initial background about synchronous motors is given. Also, the important constructive characteristics are explained in order to give the reader a better idea about the challenges involved in the motor design. The effects of stator and rotor geometries on the asynchronous behavior of the LSPM motor are analyzed using a new proposed analytical modeling. The effect of the magnet braking torque was studied and applied to the current induction motor theory to generate the complete simulation method. Finally, a comparison between simulation and experimental results is presented, which is followed by the conclusions and suggestions for further studies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-02T04:07:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345238.pdf: 3074374 bytes, checksum: 9cbf1bee316322ad8bd16d2f96f57c88 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho apresenta o dimensionamento elétrico e magnético de um gerador síncrono de ímãs permanentes de fluxo magnético radial que será acoplado em um dispositivo de conversão eletromecânica de energia, cuja energia primária é proveniente do movimento das ondas do mar. Primeiramente, calcula-se a geometria do rotor e do estator a partir de especificações das induções magnéticas, da tensão tangencial do rotor, da densidade máxima de corrente nos enrolamentos, e das características elétricas do gerador na condição nominal. Em seguida, aplica-se uma técnica de otimização a fim de maximizar a potência transferida no entreferro considerando como restrição o valor máximo de densidade linear de corrente do gerador na condição nominal. A otimização permite redimensionar a geometria do estator e diminuir a massa de aço elétrico utilizado, reduzindo assim o custo do gerador. Com a geometria e os materiais definidos, realiza-se a modelagem do gerador usando o método de elementos finitos para verificar se as grandezas como induções magnéticas, força eletromotriz induzida (em vazio), tensões elétricas (com carga), e torque eletromagnético atendem as especificações do projeto. Analisando os resultados das simulações, conclui-se que as induções da máquina estão em faixas de operação aceitáveis e que não há saturação magnética no gerador na condição nominal, e que as condições de potência e torque especificadas são atendidas.<br> / Abstract : This work presents the electric and magnetic sizing of a permanent magnet synchronous generator of radial flux, which will operate coupled to an electromechanical device for energy conversion whose primary source of power are sea waves. Initially, the rotor and stator geometry is calculated based on specifications of magnetic induction, rotor tangential tension, maximum current density on windings and electrical characteristics of the generator at rated condition. Then, an optimization technique is employed to maximize the air-gap power, considering as a restriction the maximum value of current linear density of the generator at rated condition. The optimization process allows the adjustment of the stator geometry in order to reduce the weight of the magnetic core, thus reducing the cost of the generator. Once the geometry and the materials are defined, the generator is modeled through the finite element method in order to verify if the values of magnetic induction, induced voltage at no load condition, voltage under load and electromagnetic torque meet the project specifications. From the analysis of the simulation results it is concluded that the values of magnetic induction stand within acceptable operating ranges without magnetic saturation and that the specified power and torque conditions are met.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:33:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 291292.pdf: 1967597 bytes, checksum: 7c34fcddd3290c2a41b2098a02d80bf6 (MD5) / O projeto de máquinas síncronas com ímãs permanentes é abordado nesta Dissertação. Assumem-se valores iniciais para fazer abordagens de dimensionamento. A partir das principais dimensões de um gerador eólico previamente estabelecido, usa-se o EFCAD para fazer cálculos eletromagnéticos em Elementos Finitos bidimensionais. Partindo de frentes de projeto mecânico, elétrico, magnético e térmico, faz-se uma avaliação de engenharia para buscar fontes de informações para obter a melhor comparação entre cálculos analíticos e simulações. No decorrer deste trabalho, todos os cálculos são feitos visando à construção de um protótipo de 3 kW/220 V. Trata-se de um gerador eólico cujo acompanhamento fez parte das rotinas deste trabalho e em conjunto com questões de fabricação, procurou-se alinhar ou pelo menos se buscou a melhor aproximação entre as possíveis medições físicas e os resultados analíticos e das simulações. Ao final, três apêndices são mostrados para complementar parte dos fundamentos teóricos eventualmente necessários para melhor compreensão de aspectos de modelagem. Visualizações tridimensionais também estão disponíveis. / Taking part in mechanical design, electrical, magnetic and thermal loadability, it is an engineering evaluation interesting to take sources of information and obtain the best comparison between analytical calculations and simulations. In this work, most calculations are made for the construction of a 3 kW/220V prototype. This is a wind generator which was part of routine monitoring of this work and in conjunction with manufacturing concerns, sought to align or at least sought the best possible rapprochement between the physical measurements and analytical results and simulations. Finally, three appendices are completing some aspects of theoretical foundations that may be needed for better understanding modeling aspects. Tridimensional views are also available.