COBEP - 2003 DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK Luís Alberto Pereira Vicente Mariano Canalli Rodrigo Panassolo Prado DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 SUMÁRIO 1. Objetivos 2. Apresentação da Máquina Estudada 3. Principais Vantagens 4. Especificações Nominais 5. Modelamento Matemático 4. Extração de Parâmetros 5. Formas de Onda Simuladas x Experimentais 6. Conclusões DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 1. INTRODUÇÃO 1.1. OBJETIVOS Modelamento gerador pentafásico Ligação em anel pentafásico Simulação das principais características Análise com ponte retificadora e carga resistiva Comparação entre resultados de simulação e bancada DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 1.2. MÁQUINA PENTAFÁSICA MÁQUINA SÍNCRONA A ÍMÃ PERMANENTE (Terras raras) DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 1.3. VANTAGENS DA MÁQUINA Alto rendimento Alta relação volume/torque Melhor distribuição do fluxo Maior confiabilidade Maior grau de aproveitamento do material ativo DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 1.2. SECÇÃO DE UM PÓLO 1.3. ESPECIFICAÇÕES tensão corrente velocidade nominal número de pólos comprimento axial raio externo do estator raio interno do estator entreferro indução remanente dos imãs 90 volts 1 ampere 1500 4 64 mm 65.15 mm 40 0.7 mm 1.1 Tesla DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 MODELO MATEMÁTICO v1 v 2 v 3 R v 4 v5 i1 L11 i L 2 12 R R i3 L13 i4 L14 i5 L15 L12 L13 L14 L22 L23 L23 L33 L24 L34 L24 L34 L44 L25 L35 L45 L15 i1 e1 i e L25 2 2 d L35 i3 e3 dt L45 i 4 e 4 i5 e5 L55 e k - tensão induzida a vazio na fase k v k - tensão terminal na fase k i k - corrente na fase k L kj - indutância mútua entre a fase k e j R – resistência de uma fase DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 DETERMINAÇÃO DAS INDUTÂNCIAS PRÓPRIAS E MÚTUAS Indutâncias Próprias e Mútuas (mH) Indutância FEM Medido erro (%) L11 23.9 25 -4.4 L12 3.6 4.9 -26.5 L13 -11.1 -9 +23.3 L14 -11.1 -9 +23.3 L15 3.6 5 +26.5 DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 ESTRUTURA RETIFICADORA PENTAFÁSICA Ponte dez diodos Ligação em anel DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 TENSÃO MÉDIA RETIFICADA X CORRENTE DE CARGA Volts 180 Medido Calculado 175 170 e<4% harmônicos 165 cálculo indutâncias 160 155 variação resistência 150 145 140 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Amperes DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 POTÊNCIA MÉDIA DE SAÍDA X CORRENTE DE CARGA e < 1% watts 600 500 400 300 200 Medido Calculado 100 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Ampere DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 TENSÃO DE FASE EM VAZIO OU TENSÃO INDUZIDA e(t ) Eˆ n - amplitude do harmônico de ordem n Eˆ n sinn (w t ) n 1 n – ordem do harmônico volts 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ms (a) simulada (b) experimental DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 TENSÃO RETIFICADA X TEMPO Isaída = 1,6A volts 250 200 150 100 50 0 -50 -100 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 ms (a) simulada (b) experimental erros devido a harmônicos de maior ordem DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 TENSÃO DE FASE X TEMPO ISAÍDA=3,6A volts 200 150 100 50 0 -50 -100 -150 -200 0 5 10 15 20 25 30 35 ms (a) simulada (b) experimental erros na determinação de harmônicos de ordem elevada DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 TENSÃO DE LINHA X TEMPO ISAÍDA=2,5A volts 600 400 200 0 -200 -400 -600 0 5 10 15 20 25 30 35 40 ms (a) simulada (b) experimental DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 CORRENTE DE FASE X TEMPO ISAÍDA=1,6A Amperes 3 2 1 0 -1 -2 -3 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ms (a) simulada (b) experimental DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK COBEP - 2003 CONCLUSÕES A máquina foi modelada com sucesso Foram contrastadas simulações e resultados experimentais As medições foram compatíveis com resultados experimentais Os erros apresentados são função: - da obtenção harmônicos de ordem elevada (Elem. Finitos) - do valor calculado das indutâncias - do efeito da variação de temperatura no estator e carga DETERMINAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS DE UM GERADOR PENTAFÁSICO A ÍMÃS PERMANENTES CONECTADO EM ANEL UTILIZANDO MATLAB/SIMULINK
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