Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

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.

Este trabalho tem por objetivo estudar e avaliar uma técnica de determinação de posição inicial de rotor em máquinas síncronas de ímã permanente de superfície. A técnica de determinação de posição inicial é baseada na aplicação de pulsos ao motor. É proposto também um algoritmo de ajuste automático desses pulsos de forma a criar um mecanismo genérico de determinação de posição inicial de ângulo de rotor para o tipo de máquina em estudo. Simulações são realizadas de forma a garantir funcionamento correto do algoritmo que foi implementado em código C com matemática de ponto fixo. A implementação foi realizada utilizando-se um microcontrolador comercial de baixo custo que não possui hardware para aritmética de ponto flutuante. Um descritivo detalhado da implementação, do sistema de testes e resultados são apresentados ao longo do texto. / This work aims the study and evaluation of a rotor initial angle estimation technique in surface mounted permanent magnet synchronous machine. The technique of the rotor initial angle estimation is based on pulse injection to the motor. It is also proposed in this work an automatic pulse adjustment algorithm in order to create a generic mechanism to estimate rotor initial angle for the machine type under study. Simulations are performed in order to ensure the proper functionality of the algorithm which was implemented in C code with fixed point mathematics. The implementation was performed using a comercial low cost microcontroller which does not have floating point arithmetic capability. A detailed description of the implementation, test system and results are presented in this text.

Este trabalho tem por objetivo estudar e avaliar uma técnica de determinação de posição inicial de rotor em máquinas síncronas de ímã permanente de superfície. A técnica de determinação de posição inicial é baseada na aplicação de pulsos ao motor. É proposto também um algoritmo de ajuste automático desses pulsos de forma a criar um mecanismo genérico de determinação de posição inicial de ângulo de rotor para o tipo de máquina em estudo. Simulações são realizadas de forma a garantir funcionamento correto do algoritmo que foi implementado em código C com matemática de ponto fixo. A implementação foi realizada utilizando-se um microcontrolador comercial de baixo custo que não possui hardware para aritmética de ponto flutuante. Um descritivo detalhado da implementação, do sistema de testes e resultados são apresentados ao longo do texto. / This work aims the study and evaluation of a rotor initial angle estimation technique in surface mounted permanent magnet synchronous machine. The technique of the rotor initial angle estimation is based on pulse injection to the motor. It is also proposed in this work an automatic pulse adjustment algorithm in order to create a generic mechanism to estimate rotor initial angle for the machine type under study. Simulations are performed in order to ensure the proper functionality of the algorithm which was implemented in C code with fixed point mathematics. The implementation was performed using a comercial low cost microcontroller which does not have floating point arithmetic capability. A detailed description of the implementation, test system and results are presented in this text.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Matheus Alexandre Bevilaqua.pdf: 3412491 bytes, checksum: 4886770099c1ba6e43a5060a8dd7e00d (MD5) Previous issue date: 2015-02-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new implementation for the vector control of synchronous permanent magnets motors based on Labview FPGA. A set of differential equations that describes the dynamic behavior of the electric and mechanical parts of the motor are presented and used to numerical simulations. These models are converted to transfer functions and block diagrams to allow the design of current and speed controllers. A design procedure for the current and speed controller is presented. This design procedure allows the designer to set the controller gains based on the system s desired bandwidth and damping ratio. Criteria to choose the bandwidth and damping ratio are established to obtain the maximum dynamic response of the motor. The designed controllers are verified by an integrated simulation of power electronics and control algorithm. This integrated simulation allows a number of analyses to be performed on the electric drive parameters. A verification of load inertia effect on the speed controllers is made. A power inverter modulation technique that maximizes the DC bus utilization is shown. Simulation and experimental results are provided to validate the technique. An experimental setup is developed in order to implement the motor controllers and allow the reproduction of this work. By using this setup, experimental results are given to demonstrate the implementation of the current controllers, PWM modulator and speed controller developed. The conclusions of this work and the next steps recommended to explore this new technology are given at the end of this document. / Este trabalho apresenta uma nova implementação do controle vetorial aplicado a motores síncronos de imãs permanentes utilizando o Labview FPGA. São desenvolvidos modelos matemáticos, baseados em equações diferenciais que descrevem as dinâmicas elétrica e mecânica do motor e permitem a simulação numérica do comportamento dinâmico do mesmo. Estes modelos são escritos também na forma de funções de transferência e diagrama de blocos, para permitirem o projeto dos controladores de corrente e velocidade. Um procedimento de projeto para os controladores de corrente e de velocidade do motor é apresentado. Este procedimento permite ao projetista determinar a banda passante e amortecimento desejados ao sistema. Critérios práticos são então estabelecidos para determinar a banda passante e amortecimento de forma a obter a máxima resposta dinâmica possível do motor. Os controladores projetados são verificados por meio de simulações numéricas integradas à eletrônica de potência necessária ao acionamento do motor. Estas simulações permitem a realização de diversas análises de sensibilidade do acionamento proposto. Uma análise da influência da inércia da carga no desempenho do controlador de velocidade é apresentada. Uma técnica de modulação do inversor de frequência que maximiza a utilização do barramento CC é apresentada e verificada por meio de simulação numérica. Resultados experimentais são fornecidos para validar a técnica descrita. Uma plataforma experimental para implementação dos controladores é desenvolvida e detalhada para permitir a reprodução do trabalho. Utilizando-se desta plataforma experimental, resultados são obtidos para demonstrar a implementação dos controladores de corrente, do modulador PWM e do controlador de velocidade apresentado neste trabalho. As conclusões são detalhadas e sugestões para explorar a tecnologia desenvolvida neste trabalho são feitas ao final do documento.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work proposes two vector control schemes for permanent magnet synchronous motors. They are destined to speed and position control, respectively, and are based on a control law called VS-RMRAC. Not being yet applied to the electric machines control, the VS-RMRAC control law presents robustness features that are potentially advantageous from the point of view of the closed loop PMSM dynamics. It also presents well established design and robust stability conditions, which makes its digital implementation easier. Both control structures are described and its respective design methods are presented. From simulation results, the behavior and performance of both structures are analyzed in face of load disturbances and parameter uncertainties. The speed control scheme and its simulation results are validated experimentally. This scheme is digitally implemented with fixed-point arithmetic using a TMS320F2812 DSP. Both schemes with its potentialities and limitations are then discussed. / Este trabalho propõe duas estratégias de controle vetorial para motores síncronos a ímãs permanentes (MSIP s). Destinam-se ao controle de velocidade e de posição, respectivamente, e são baseados em uma lei de controle chamada VS-RMRAC. Não tendo sido aplicado ainda ao controle de máquinas elétricas, a lei de controle VS-RMRAC apresenta características de robustez que são potencialmente vantajosas do ponto de vista da dinâmica em malha fechada de MSIP s. Também apresenta condições de projeto e estabilidade robusta bem estabelecidas para o tempo discreto, o que facilita sua implementação digital. Ambas as estruturas de controle são descritas e suas respectivas metodologias de projeto são apresentadas. A partir de resultados de simulação, o comportamento e desempenho de ambas são analisados frente a perturbações de carga e incertezas paramétricas. O esquema de controle de velocidade e seus resultados de simulação são validados experimentalmente. Este esquema é implementado digitalmente com aritmética de ponto fixo utilizando DSP TMS320F2812. As potencialidades e limitações de ambos os esquemas são, por fim, discutidos.