Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

Um atuador planar de indução é um dispositivo baseado no mesmo princípio de funcionamento de um motor linear de indução, onde a interação de um campo magnético viajante produzido pelo primário do dispositivo com uma superfície de boa condutividade elétrica induz correntes parasitas que levam à produção de uma força de propulsão. O movimento planar sobre essa superfície é produzido através da movimentação linear em dois eixos ortogonais. Uma aplicação deste movimento é na propulsão de uma plataforma equipada com câmeras e sensores para a realização da inspeção em uma superfície metálica, que se beneficiaria da força normal que o motor planar de indução produz quando acionado sobre uma superfície ferromagnética para anexar a plataforma à superfície. Um modelo analítico que fornece equações para o campo elétrico e magnético é apresentado, e simulações numéricas baseadas no método dos elementos finitos são realizadas para avaliar o comportamento do dispositivo utilizando três tipos diferentes de superfícies como secundário: um secundário com duas camadas formadas por uma chapa de alumínio com outra de aço por baixo; apenas a chapa de alumínio; e apenas a chapa de aço. As distribuições de campo magnético calculadas por estes dois modelos teóricos mostram boa concordância entre si, e são utilizadas para calcular as forças de propulsão e normal produzidas pelo atuador. Medidas experimentais são realizadas em um protótipo de atuador planar de indução, e seus resultados são comparados com os resultados obtidos nos modelos teóricos, mostrando uma boa concordância e potencial para a aplicação do atuador planar de indução na inspeção de superfícies horizontais. / An induction planar actuator is a device that, based on the operating principle of a linear induction motor, in which the interaction between a travelling magnetic field produced by the primary of the device and a conducting surface generates eddy currents in the surface and leads to the generation of a thrust force. The device produces planar motion over this surface through movement on two orthogonal axis. An application of this movement is in a platform for the inspection of metallic surfaces, which is driven by the planar induction motor and equipped with cameras and sensors to inspect the surface. This application benefits from the normal force produced by the induction planar actuator operating over a ferromagnetic surface to attach the driving platform to it. An analytical model with equations for the electric and magnetic fields is presented, and numerical simulations based on the finite element method are carried out to assess the behaviour of the device using three different surfaces as secondary: a double-layered secondary formed by an aluminum plate over a steel plate; a aluminum only plate; and a single steel plate. The distributions for the magnetic field computed through these theoretical models show good agreement, and are employed to evaluate the thrust and normal forces produced by the planar induction actuator. Experimental measurements are made on a prototype of the device, and the results are compared to the results of the theoretical models, showing good agreement and potential in the application of the induction planar motor for the inspection of horizontal metallic surfaces.

Desde a idealização das máquinas elétricas girantes, o motor de indução linear (MIL) fora também considerado viável e, ao longo do tempo, foi pesquisado e foram desenvolvidas novas tecnologias para sua melhoria e para o seu acionamento. Muitos trabalhos acadêmicos foram realizados em todos os centros de pesquisa do mundo e, no Brasil, os primeiros a estudá-lo com rigor científico foram os professores Morency Arouca e Délio Pereira Guerrini, no início da década de 70, no departamento de Engenharia Elétrica da EESC/USP. Até hoje no Brasil, pouco se desenvolve neste campo de estudo da Engenharia Elétrica e, quando se desenvolve, ficam restritos à simulações e levantamentos de parâmetros característicos aos MIL\'s específicos. O presente trabalho tem como objetivo fazer uma explanação teórica e matemática que servirá de base ao estudo e compreensão do MIL e propor uma aplicação ao mesmo: o MIL acionado por inversor de freqüência e utilizado para obtenção de posicionamento com auxílio de simulação computacional de algumas malhas de controle para tal posicionamento. / Since the rotating machines had been idealized, the Linear Induction Motor (LIM) has been researched and, along the time, new technologies are being developed in order to improve it. Many academic works were accomplished in several research centers and universities around the world. In Brazil, the first ones to study it with scientific approach were Professors Morency Arouca and Délio Pereira Guerrini, in the early 70\'s. Even nowadays, works are seldom developed, and most of them are dedicated to simulation of the LIM or obtaining of parameters of specific LIM\'s. The present work has as objective to study the mathematical and theoretical modeling, which will be used as basis in order to study and understand the LIM and to propose an application: the LIM fed by Frequency Inverter, used in order to obtain positioning, with simulation of specific control systems.

O Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo do Subsolo MATÆOS foi desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) com a função de acionar diretamente uma bomba de sucção, instalada no fundo de um poço de petróleo em terra. Dando continuidade aos trabalhos realizados na EPUSP envolvendo sistemas de levitação magnética, foi desenvolvido um mancal magnético ativo (AMB - Active Magnetic Bearing), aplicado ao protótipo do motor em substituição ao mancal mecânico tradicional existente. O projeto abrange a construção de um protótipo de mancal magnético composto das partes mecânicas, elétricas e de software necessárias ao funcionamento do sistema. O projeto do eletroímã foi realizado por meio do método dos elementos finitos (MEF), para análise da densidade de fluxo e da relação entre a força radial e a corrente elétrica nas bobinas. O controle da levitação do mancal é realizado por meio de controlador digital com placas conversoras AD/DA e algoritmo de controle implementado em hardware FPGA. Utilizando o modelo do sistema, os controladores são sintonizados para atender aos requisitos de estabilidade e rejeição de perturbações, que desviem o entreferro do seu valor nominal. Na configuração do AMB, ao invés do sistema tradicional com oito pólos, um conceito diferente é adotado. Neste, uma máquina primitiva bearingless é excitada com corrente contínua e usada como mancal magnético. Os resultados experimentais obtidos com o protótipo em funcionamento mostram que o sistema em malha fechada é estável e apresenta uma resposta transitória satisfatória. / A tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MATÆOS (which is in the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation) was built at Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Its purpose is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. In continuing the research accomplished at EPUSP concerning magnetic levitation systems, an Active Magnetic Bearing (AMB) was developed and applied to the prototype of the motor in substitution to the existing traditional bearing. The design includes the construction of the magnetic bearing prototype composed of mechanical, electric and software components required to the operation of the system. The electromagnet design was accomplished using the Finite Element Method (FEM) in the analysis of both the flux density and the relationship between the radial force and the suspension winding current. The magnetic bearing levitation control is executed by a digital controller using an AD/DA converter and a control algorithm implemented in FPGA hardware. Using the system model, the controllers are tuned to provide both stability and rejection of disturbances that tend to move the air gap from its nominal value. Instead of the usual eight-pole AMB, a different concept is adopted where a DC-excited primitive bearingless machine is used as a magnetic bearing. The experimental results obtained with the prototype in operation show that the closed-loop system is stable and exhibits a satisfactory transient response.

The final work of master studies reviews various industrial robots constructions and parameters, from which they are characterized. Robotics systems and control of flexible production have been discussed in here. Various robots’ drives and their control advantages and disadvantages are analyzed. In the practical part original robot global movement platform is suggested and algorithm of two flexible production bays handling is created. Static characteristics of linear drive used in platform are calculated. Using software package “Matlab Simulink” model of symmetrical linear induction motor (LIM) is created and dynamic characteristics are gained. Concluding part presents inferences and suggestions.

In this thesis is investigated how magnetic field varies at different instants of time in the air gap of linear induction motor and outside of it. The are given results of simulation, which show the change of magnetic flux at different instants of time of linear induction motor in the air gap, outside the inductors, also magnetic flux dependencies on air gap width. Two models of linear induction motor with secondary element and without it are compared.

Linear induction motors are applied in equipments with different requirements set up to the controlled motion parameters. Investigation of motoring and breaking modes remains the relevant problem nowadays. The scientific novelty is based on analysis of non-symmetrical operation modes of linear induction motor at supplying it by a voltage source, developing a generalized model of motoring and breaking dynamic modes and analyzing influence of linear motor windings connection way and control parameters on dynamic breaking characteristics. The coordinate transformations of linear induction motors dynamic models, based on rotational motor with assumptions valid for low speed motor and multi-pole motor, are considered. Mathematical and computer models to investigate symmetrical dynamic modes of linear induction drives are presented. Generalized model to investigate non-symmetrical dynamics modes is elaborated. The results of simulation are presented by dependences on the main variables in the time domain, and dependences on both constructional and control parameters that give possibility to optimize constructional parameters of motors.

Linear induction motors are applied in equipments with different requirements set up to the controlled motion parameters. Investigation of motoring and breaking modes remains the relevant problem nowadays. The scientific novelty is based on analysis of non-symmetrical operation modes of linear induction motor at supplying it by a voltage source, developing a generalized model of motoring and breaking dynamic modes and analyzing influence of linear motor windings connection way and control parameters on dynamic breaking characteristics. The coordinate transformations of linear induction motors dynamic models, based on rotational motor with assumptions valid for low speed motor and multi-pole motor, are considered. Mathematical and computer models to investigate symmetrical dynamic modes of linear induction drives are presented. Generalized model to investigate non-symmetrical dynamics modes is elaborated. The results of simulation are presented by dependences on the main variables in the time domain, and dependences on both constructional and control parameters that give possibility to optimize constructional parameters of motors.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a força propulsora proveniente do motor de indução linear plano, na condição de bloqueio. Utiliza-se um método de imposição de correntes elétricas ao estator através de um conversor de frequência PWM acionado por uma plataforma realimentada. A leitura da força propulsora foi realizada através de uma célula de carga utilizando um circuito eletrônico para leitura e condicionamento do sinal. Visando a análise completa do motor linear, foi realizado uma modelagem computacional que emprega todos os parâmetros relevantes ao estudo da máquina bloqueada. Ao final realizou-se um confronto teórico experimental que avaliou a eficiência do método proposto. / This work intent to study the motive power provided by the plane linear induction motor, in a lock condition. It uses a method of imposition of the electric current to the stator via a frequency convertor PWM driven by a refed platform. The reading of the motive power was performed by a load cell using an electronic circuit for reading and conditioning of the signal. Aiming a complete analysis of the linear motor, it was performed a computational modeling that employs all relevant parameters to the study of the locked machine. At the end it was held a theoric-experimental confrontation that evaluated the effectiveness of the proposed method. / Dissertação (Mestrado)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The objective of this work is to apply a heuristic method to optimize the choice of parameters of unbalanced input voltages of a linear induction motor at low speeds.The mathematical model developed for the linear induction motor considers his linor blocked, aiming applications at low speeds. Applying a genetic algorithm program the magnitude of unbalance of the input voltage of the linear motor can be determine.The experimental results are compared satisfactorily with practical tests conducted with a prototype of the linear machine. / O objetivo deste trabalho é aplicar um método heurístico para otimizar a escolha dos parâmetros de desbalanceamento das tensões de entrada de um motor de indução linear em baixas velocidades. O modelo matemático desenvolvido para o motor de indução linear considera o seu linor bloqueado, visando aplicações em baixas velocidades. Através da aplicação de um programa de algoritmo genético é possível determinar a magnitude dos desbalanceamentos das tensões de entrada do motor linear. Os resultados experimentais obtidos são confrontados de forma satisfatória com os testes práticos realizados com um protótipo da máquina linear. / Mestre em Ciências