Orientador: Nelson Miguel Teixeira / Resumo: O presente trabalho objetiva a elaboração de um modelo matemático que, através da obtenção de parâmetros elétricos de um motor em regime de trabalho, analise a possibilidade de substituição do mesmo por um de menor potência, obtendo-se economia de energia. Elaborou-se um programa computacional, que proporciona análise da eficiência energética no uso de máquinas elétricas em uma agroindústria canavieira. A linguagem computacional Visual Basic da Microsoft, foi utilizada na elaboração de dois processos para obtenção de modelos matemáticos. Um dos métodos utiliza valores obtidos em catálogos, tais como, rendimento e fator de potência para as condições de 50%, 70% e 100% da potência nominal, que foi denominado Método Porcentagens das Cargas. Através desses valores foram possíveis obter as equações das curvas características dos motores para as condições de cargas mencionadas. O outro método utiliza um programa computacional específico para aquisição de coordenadas reais de imagens digitais, ou seja, obtenção das coordenadas das curvas características dos motores, que foi denominado Método Imagens Digitais. Ambos permitirão obter a regressão das curvas características que servirão para o desenvolvimento do programa de análise do motor. Os dados de entrada são os valores de potência nominal, número de pólos, tensão, rotação nominal e corrente de operação do motor em análise que processados, calculam os valores da potência utilizada, fator de potência, rendimento, rotação, escorregamento e fator de utilização. Caso o fator de utilização seja inferior a 70%, o programa recomenda a troca do motor, simulando seu funcionamento de maneira otimizada para as novas condições de potência. Serão calculados então: corrente de operação, potência nominal, potência utilizada, fator de potência, rendimento, rotação, escorregamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo). / Abstract: This work has as main purpose the development of a mathematical model which, through the use of electrical parameter of a motor in working process, analyzes the possibility of replacement of the same one by another with lower power in order to save more energy. A computer program has been elaborated and provides the energetic efficiency of the electric machines in a sugar cane agricultural industry. The computer language Visual Basic of Microsoft has been used in two processes in order to get the mathematical model. One of the methods use values obtained in catalogs such as power output and factors to the conditions of 50%, 70% and 100% of the nominal power that was named Percentage of Charge Method. Through these values to get the equation of characteristic curves of the motors above mentioned. The other method uses a specific computer program by receiving real coordinate of digital images that was named Digital Image Method. Both processes will allow to acquire the regression of characteristic curves that will be useful to develop the program of motor analysis. The entrance data are the nominal power, quantity of poles, tension, nominal rotation e motor operation current in analysis once developed, calculate the value of the power used, power factor, output, rotation, slipping and utilization factor. But in case the utilization factor is less than 70% the plan advises to change motor, simulating its functioning in a optimized way to the new power condition. Then will be evaluate the operation current, nominal power, used power, power factor. It has been taken as a model a motor simulator with 29.6 hp power, tension 440 V, 60 Hz, 4 poles and current operation 16 A, the program shows that the motor is superdimentioned and performs the two methods described as follows... (Complete abstract, click electronic address below). / Doutor

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 Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:47:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 240106.pdf: 1312507 bytes, checksum: f15fa92358aceb4bb51fe818d5e3d10c (MD5) / Este trabalho apresenta de forma sistematizada a aplicação de um projeto de experimento para demonstrar a diferença de comportamento entre dois modelos de motor elétrico aplicados em produtos condicionadores de ar. A tabela 7.2 apresenta os fatores e seus níveis usados no experimento, assim como as variáveis resposta que foram analisadas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T07:45:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246923.pdf: 3049856 bytes, checksum: 36c10464f0f96078501e736c7525b66e (MD5) / Esta dissertação apresenta estudos e projeto de motores de alta velocidade para aplicação em compressores herméticos. Aspectos gerais sobre sistemas de refrigeração são apresentados. Uma revisão dos principais conceitos relativos ao magnetismo é feita e os mecanismos de perdas em materiais magnéticos abordados. Os resultados da caracterização de alguns materiais, indicados para aplicação em questão, são apresentados. Diferentes tipos de máquinas são considerados durante a escolha da estrutura mais adequada à aplicação. O motor de corrente contínua sem escovas é escolhido por ser relativamente simples de se controlar e fabricar. Aspectos construtivos, como a fragilidade dos ímãs quando submetidos a altas rotações, sugeriu a adoção de uma estrutura com rotor externo. Para o projeto da máquina, um modelo analítico que permite um rápido dimensionamento do motor foi realizado e sua validação comprovada através de simulações numéricas com o método de elementos finitos. Como resultado, apresenta-se um projeto atendendo aos requisitos de desempenho. This work approaches the study and design of high-speed motors for application in hermetic compressors. General issues about cooling systems are presented. A review of the main concepts related to the magnetism theory is presented and the losses functioning highlighted. Some results of material's characterization, indicated for the proposed application, are presented. Different types of machines are considered during the choice of the most appropriated structure to the application. The brushless DC motor is selected because of its relative control and manufacture simplicity. Constructive issues, like the magnets brittleness when they are submitted to high-speed conditions, indicate that an outer-rotor structure should be used. Concerning the machine design, an analytical formulation which allows a fast motor sizing is introduced and its validation is achieved throughout finite element analysis. A motor design, which reaches the performance requirements, is presented as a result.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-23T13:02:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258007.pdf: 3042552 bytes, checksum: 8f478cddf58140a1ad10b6bf36551049 (MD5) / O trabalho apresenta os resultados obtidos no desenvolvimento incremental de um sistema especialista protótipo, o qual tem por objetivo ser utilizado como ferramenta auxiliar na tarefa de verificação da estrutura de produto de um motor elétrico. Analisa o processo de projeto e os conceitos relacionados ao PDP (Processo de Desenvolvimento de Produtos), o qual neste trabalho está relacionado ao projeto de motores elétricos para os quais são apresentados conceitos e detalhes construtivos. Também focaliza na atividade de verificação de projeto com foco na estrutura de produto que é o principal objeto relacionado ao estudo, mostrando as conseqüências da manipulação de dados deste objeto. Aborda conceitos relacionados a sistemas especialistas e a análise de viabilidade que serviu de base para decisão de utilizar sistemas especialistas. O texto mostra o modelo de desenvolvimento incremental adotado, demonstrando a capacidade de expansão conferida ao sistema pelo uso de modelagem orientada a objetos. O trabalho também apresenta aspectos relativos à etapa de representação do conhecimento, uma proposta alternativa ao habitual processo de entrada de dados utilizada em sistemas especialistas e a ferramenta Shell utilizada na implementação. São demonstrados ainda os dados de saída resultantes da execução do sistema e o processo de verificação e validação do protótipo. O procedimento de uso do sistema adotado e os resultados obtidos por meio no número de ocorrências dos casos de erros de projeto identificados os quais permitem avaliar a qualidade dos projetos liberados e identificar a necessidade de capacitação. Finalmente são apresentadas contribuições, benefícios para a empresa, recomendações para trabalhos futuros e as conclusões finais. The work presents the results obtained from the incremental development of an expert system prototype to be used as supporting tool for the design verification of the electrical motor product structure- represented by Bill of Material. It analyzes the design process and the concepts related to PDP- Product Development Process- are also presented. The focus is the design verification, using the Bill of Material, showing the consequences of its manipulation. The work deals with expert system concepts, and the feasibility analysis used as starting point for the project. The text demonstrates the incremental development model applied, with its capacity to expand the system through the application of Object-Oriented Modeling. This project also takes into consideration the knowledge representation phase, and brings an alternative for the conventional process of interaction between the user and the prototype. The system outcomes are also discussed, with the users´ evaluation during the verification and validation phase. The results from the prototype application allow to evaluate the quality of the current design outputs and to identify the need for training. Finally, the work presents the main contributions, benefits for the company with suggestions for future projects in this research topic.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:27:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 258460.pdf: 7075818 bytes, checksum: 15e993ce7dc102f979efc06fdffe43e6 (MD5) / A temperatura de motores elétricos industriais em funcionamento é mantida em níveis adequados através de um eficiente sistema de resfriamento que é composto basicamente pela superfície de troca térmica, geralmente aletada, e pelo sistema de ventilação. Além disso, os níveis de ruído gerados por tais máquinas não devem ultrapassar os limites exigidos. Neste trabalho desenvolve-se uma metodologia de avaliação do desempenho do sistema de ventilação externo de um motor elétrico autoventilado, quando determinadas características geométricas do rotor deste sistema são alteradas. A metodologia desenvolvida combina a solução numérica do escoamento turbulento no sistema de ventilação com a medição de variáveis acústicas e do escoamento. A solução numérica visa determinar o comportamento de variáveis globais que caracterizam o sistema de ventilação, como a vazão volumétrica e a potência mecânica utilizada para movimentar o fluido. Por sua vez, as medições experimentais das variáveis globais que caracterizam o ventilador para diversas formas e números de pás do rotor visam validar o procedimento numérico em algumas das faixas de operação. As soluções numéricas foram obtidas em regime permanente utilizando o código computacional comercial ANSYS CFX R11.0 com o modelo de turbulência SST e tratamento automático do escoamento próximo a parede. Utilizando teorias de analogia acústica (Powell e Lowson) estimou-se os níveis de ruído sonoro. Toda a solução numérica realizada neste trabalho é em regime permanente utilizando o código computacional comercial ANSYS CFX R11.0 com o modelo de turbulência SST e tratamento automático do escoamento próximo a parede. A utilização combinada das medições e da simulação permitiu explorar alguns comportamentos do sistema de ventilação, incluindo o teste de correlações disponíveis na literatura baseadas em conceitos de similaridade, e permitiu elaborar conclusões sobre aspectos construtivos dos sistemas de ventilação externos de motores elétricos. Os resultados numéricos obtidos representam qualitativamente as medições e mostram o efeito das variáveis de projeto analisadas no desempenho e ruído dos sistemas de ventilação de motores elétricos. A metodologia de análise desenvolvida apresenta-se promissora como ferramenta para o projeto de produtos na área de sistemas de ventilação de motores elétricos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T21:03:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328958.pdf: 5734496 bytes, checksum: 7b3aaa55b72c7d410e662c678d43a986 (MD5) Previous issue date: 2014 / A utilização de motores brushless permanent magnet motors cresce com o aumento do número de residências que possuem lavadoras de roupa. Esses motores são utilizados principalmente em máquinas de carregamento frontal, as quais são consideradas mais eficientes. Pouca literatura é encontrada em relação aos níveis de potência sonora radiada em função da velocidade de rotação do rotor. Neste trabalho, um modelo vibroacústico desses motores é desenvolvido visando obter curvas de potência sonora radiada em função da rotação do motor. O motor foi divido em seus dois principais componentes para análise: estator e rotor. As forças eletromagnéticas são aplicadas num modelo estrutural dos componentes do motor, o qual utiliza o método dos elementos finitos. Os deslocamentos obtidos no modelo estrutural são utilizados num modelo numérico que utiliza o método dos elementos de contorno para obter a radiação sonora. Experimentos de análise de ordem são utilizados para validar o modelo.<br> / Abstract : The number of houses that hold a washing machine is increasing and the using of brushless permanent magnet motors are getting more popular. This kind of motor is mainly used in front load washing machines, which are considered to be more efficient. Little technical literature has been found regarding the sound power level radiated in function of the spinning speed of the motor. This paper has modeled a brushless permanent magnet motor aiming to achieve those results, sound power level versus rotation. The motor was divided in its two main components: rotor and stator. In a FEM structural model, the electromagnetic forces are applied to the two components and their displacements are imported to a BEM model, in which the sound radiation is calculated. Experiments such as order analysis are used to validate the model.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-10-13T04:10:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 334817.pdf: 7368107 bytes, checksum: 648846995211b2d650e7eb6504cfe1f4 (MD5) Previous issue date: 2015 / O uso de modelos analíticos para máquinas elétricas continua sendo de grande importância tanto em seu projeto quanto na análise de seu funcionamento. Este trabalho aborda a análise de motores de indução com rotor gaiola de esquilo (MI-RGE) a partir de equações analíticas, utilizando o modelo por fase em regime permanente, a fim de obter o comportamento do MI-RGE desde sua partida até a velocidade de operação. Para tanto, utilizam-se como dados de entrada as características dimensionais e do enrolamento do motor e são empregadas formulações para considerar os efeitos de saturação e de penetração de campo. Essas formulações são apresentadas e discutidas no âmbito da aplicação dessa dissertação, comparadas com resultados de um software de um fabricante de motores e com dados de ensaio. São analisadas as características de torque e corrente em relação à velocidade e torque, corrente, fator de potência e rendimento em condição nominal. Os resultados apontam para grande relevância dos efeitos de saturação e penetração de campo no motor e uma boa concordância entre o comportamento do MI-RGE esperado e obtido pela formulação implementada.<br> / Abstract : The use of analytical models for electrical machines remains as an important tool in their design, as well as in their analysis. This work deals with the analysis of induction motors with squirrel cage rotor (MIGER) using analytical equations and the steady state by single phase in order to obtain the MI-GER behavior since its start up to rated speed operation. For this purpose, dimensional characteristics and the motor winding are used as input and formulations to take in account the effects of saturation and skin effect are used. These formulations are presented and discussed in the implementation of this dissertation, compared to results from a software of a motor manufacturer and test data. It is observed the characteristics of torque and current versus speed and torque, current, power factor and yield in nominal condition. The results show great importance of the effects of saturation and field penetration in the MI-RGE and a good agreement between the MI-GER behavior expected and obtained by implemented formulation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:06:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315197.pdf: 49704850 bytes, checksum: 066f8f72300d95cdb3903e7b9f1a532a (MD5) / No processo de manufatura em larga escala do principal componente do motor elétrico de indução, o estator, a exigência é a utilização de equipamentos robustos, eficientes e principalmente capazes de manter a qualidade do produto em níveis elevados de produção. A garantia do correto funcionamento do sistema de isolamento elétrico de um estator é papel fundamental dos fabricantes, das normas construtivas que seguem, dos órgãos certificadores que regulamentam tais normas e principalmente do equipamento que é utilizado para qualificá-lo depois de fabricado. Não há dúvida quanto ao emprego deste equipamento, uma vez que a ele é entregue a responsabilidade de manter a segurança do usuário final de um motor elétrico e de garantir que o estator irá funcionar de acordo com aquilo que foi proposto para o seu uso. Adequado é o numero de fabricantes de equipamentos denominados painéis de testes elétricos de segurança e os tipos de métodos de testes que aplicam para classificar o sistema de isolamento de um estator. O que não necessariamente é satisfatório é a relação ao longo do tempo entre o fabricante de estatores com e o fabricante do modelo de painel de testes elétricos de segurança que emprega em suas linhas de produção em massa. A predominância nesse setor é de fabricantes que desenvolvem a sua versão de painéis de testes elétricos e dos equipamentos que o compõem, gerando uma forte dependência tecnológica dos fabricantes de estatores elétricos com os de painéis. Por outro lado, uma variedade de módulos de prateleira para testes elétricos de estatores existente no mercado possibilita a avaliação do sistema de isolamento de um estator no seu campo de atuação. Para cada método de teste empregado em um painel de teste elétrico de um estator há uma variedade enorme de marcas e modelos de módulos de testes que competem em preço, interfaces, facilidade de aplicação, compatibilidade com softwares gerenciadores etc. A lacuna existente entre essas duas tecnologias motivou a execução desta dissertação e o resultado dela é a obtenção de um equipamento que permite classificar o sistema de isolamento do estator elétrico no processo produtivo e, o mais significativo, que possui uma vantagem frente às versões existentes no mercado, ou seja, os benefícios da modularização.<br> / Abstract : In mass production of the electric motor most important part, the stator, the request is using efficient and robust equipment to assure quality guaranty in a high capacity level. The right function of a stator insulation system is sustained by its motor design, its standards and specifically through its insulation security test, which is performed by equipment named stator electrical safety testing panel at the end of the productivity chain. Since the responsibility of keeping the motors user integrity is transferred to this equipment, there is no doubt of its use. Considered quantities of electrical safety testing panel suppliers are available at the market and the tests that they perform are satisfactory. What is not necessarily satisfying is the relationship over the time between stator manufacturer and manufacturer model test panels employing electrical safety in its mass production lines. The dominance of these sector manufacturers that develop their own version of panels and electrical testing equipments generates a strong dependence from manufacturers of electric stators to electrical safety testing panels. On the other hand, a wide range of standard test modules that compete in prices, interfaces, facility features, software management compatibility, etc, provide electrical tests of the stators insulation system at its playing fields. The gap between both technologies motivated the implementation of this dissertation and the result of it was the obtaining of a product which allows classifying the stator electrical insulation system in its mass production, and more significantly, which has an advantage over the versions available on the market, i.e., the benefits of modularization.