um motor de indução de pólos sombreados (MIPS) e um motor de indução trifásico duplamente alimentado sem escovas (MITDASE). Os resultados são apresentados no quarto capítulo desta tese.
Primeiramente é feita uma breve introdução ao MIPS, elementos principais e características construtivas. É discutida a influência da variação de seus parâmetros em seu desempenho, exemplificadas com resultados de simulações realizadas. Uma explanação sobre alguns dos modelos que utilizam o MEF existentes na literatura é realizada e a comparação de resultados obtidos nesta tese com aqueles obtidos utilizando-se um dos modelos apresentados, aquele mais próximo do comportamento real do motor, é feita, assim como a comparação desses resultados de simulação com valores medidos. Encerra-se o tópico relativo ao MIPS mostrando-se os resultados da simulação e ensaio do motor alimentado por um gradador de tensão.
Em seguida é apresentado o MITDASE, seu contexto histórico e atual, em que é discutido o atual crescente interesse nesse tipo de máquina para operar em sistemas de geração eólica. Três análises distintas são apresentadas. Primeiramente a análise dinâmica, na qual são comparados os resultados obtidos na simulação com MEF e com o método analítico. Em seguida estes dois métodos são utilizados na análise do desempenho da máquina. Finalmente, são apresentados os resultados obtidos com o MEF na análise das forças presentes na estrutura.
A aplicação da formulação implementada na análise do MITDASE gerou um artigo apresentado no COMPUMAG’2003 – The 14th Annual Conference on the Computation of Electromagnetic Fields e posteriormente aceito para publicação na revista IEEE Transactions on
Magnetics [77]. Um segundo artigo, com foco no projeto da máquina, foi aceito para apresentação no congresso NWPC’2004 – Nordic Wind Power Conference [84].
Além dos artigos citados, três artigos foram submetidos a congressos e se encontram a espera do resultado de julgamento:
“Dynamic Finite Element Analysis of Shaded Pole Induction Motors” submetido ao congresso CEFC’2004 – The 11th Biennial IEEE Conference on Electromagnetic Field Computation, em que são apresentados os bons resultados obtidos na partida direta da rede e através de conversores estáticos do MIPS;
“Performance Analysis of a Doubly Fed Twin Stator Cage Induction Generator” submetido ao congresso ICEM’2004 – 16th International Conference on Electrical Machines, em que são apresentados os resultados do estudo do desempenho do MITDASE;
“Vibration Analysis of a Doubly-Fed Twin Stator Cage Induction Generator” submetido ao simpósio SPEEDAM’2004 – Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, em que são apresentados os resultados do estudo vibracional do MITDASE.
Verificando-se os resultados obtidos em ambos os motores, podemos concluir a validade do método desenvolvido nesta tese e sua potencialidade no projeto e análise de máquinas elétricas. Outro aspecto positivo é a boa aceitação dos trabalhos realizados pela comunidade científica internacional, constatado pelos artigos aceitos para apresentação em congressos e posteriormente selecionados para publicação em revistas.
O tema da pesquisa aqui apresentado engloba áreas distintas como máquinas elétricas, eletrônica de potência e cálculo de campos, e, assim sendo, especialistas em cada uma dessas áreas podem utilizar a metodologia apresentada no estudo de diferentes fenômenos, particulares a cada uma dessas áreas, e, conseqüentemente, identificar casos de aplicação e potencialidades de análise ainda não contempladas, impulsionando assim propostas de pesquisas futuras. Particularmente, podemos destacar três principais propostas de continuação dos trabalhos de pesquisa aqui iniciados.
Primeiramente, com relação ao esforço computacional. Três situações críticas foram identificadas, podendo ocorrer simultaneamente: 1) quando existem chaves com comutação natural no circuito do conversor estático, 2) quando a máquina precisa ser representada por muitas fatias para uma boa avaliação da inclinação de suas ranhuras ou 3) quando o fenômeno da saturação é pronunciado, não podendo ser relevado, exigindo, assim, que ciclos de convergência local sejam estabelecidos para atualização do valor da permeabilidade magnética nos diversos elementos da
malha. Nestes casos, o tempo de processamento pode se estender por dias. No primeiro caso, devido à diminuição do passo de cálculo para identificação apurada dos instantes de comutação dos interruptores com comutação natural. No segundo caso, devido ao tamanho do sistema a ser resolvido passo a passo no tempo. E, no terceiro caso, devido ao número extremamente elevado de iterações a serem realizadas.
Em segundo com relação à máquina elétrica. Como o objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de um método que aproxime o modelo matemático da máquina de suas condições reais de utilização, uma proposta natural de continuação da pesquisa é a melhora deste modelo, incluindo-se no MEF as características de histerese, importantes na determinação das perdas no ferro, sobretudo quando a maquina é alimentada por tensões com harmônicos de alta freqüência, como é o caso da alimentação PWM.
Finalmente, a utilização do método na análise de máquinas com características construtivas especiais, ajudando na investigação, determinação e compreensão dos fenômenos presentes devidos às peculiaridades do projeto. Particularmente, a continuação do estudo do motor de indução trifásico duplamente alimentado sem escovas, acrescentando às análises realizadas um estudo do comportamento da máquina acoplada ao conversor CA/CA, conectado entre seu enrolamento auxiliar e a rede e, posteriormente, obedecendo a diferentes estratégias de controle.
particularmente as máquinas elétricas girantes, que são o objeto de estudo deste trabalho. Utiliza-se em sua formulação uma particularização das Equações de Maxwell, que descrevem o comportamento dos campos eletromagnéticos, e de suas Relações Constitutivas, que carregam a informação dos materiais presentes no domínio. Este conjunto de equações é então aplicado a casos em eletrotécnica, sendo admitidas simplificações que nos permite desacoplá-lo em dois outros sistemas que descrevem problemas distintos: a eletrostática e o magnetismo.
Trabalharemos com o conjunto de equações que descrevem os fenômenos magnetodinâmicos. É apresentada a formulação utilizando-se o potencial vetor magnético, o que permite a análise de domínios de cálculo contendo correntes elétricas impostas e/ou induzidas. A representação em duas dimensões possibilita a simplificação no tratamento deste potencial, podendo-se desconsiderar sua natureza vetorial.
As máquinas elétricas analisadas constituem domínios de cálculo limitados, possuindo diversos sub-domínios preenchidos por materiais diferentes, tornando-se, assim, necessária a introdução de Condições de Contorno, que condicionam os campos na interface entre meios diferentes e nos limites do domínio a se aproximarem de seu comportamento real.
Dois tipos de condutores podem estar presentes: os condutores maciços ou espessos e os condutores finos ou multifilamentares.
É adotado o Método de Elementos Finitos para discretização espacial da seção transversal da máquina em elementos isoparamétricos de primeira ordem. O Método de Galerkin, particularização do Método de Resíduos Ponderados, é utilizado para a obtenção das equações que serão resolvidas numericamente.
Da condensação das matrizes elementares dos diversos elementos da malha, resulta o sistema matricial que descreve o comportamento dos campos no interior da máquina elétrica. O Método de Euler é então utilizado para discretização temporal do sistema e os métodos das Aproximações Sucessivas e Newton-Raphson são utilizados nos casos de análise não-linear.