Five-Phase Permanent-Magnet Synchronous Motor
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- Maria do Mar da Mota Soares
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1 Fe-Phae Peanent-Magnet Snchnu Mt S. A. Suza an W. I. Suetu Abtact Th ae eent the atheatcal el f a fe hae nte eanent agnet nchnu t IPMSM wth nual back electte fce n abce fae. The hae eence fae tanfe nt tw fcttu thgnal et tee a q an eence fae. Al the eel tque btane n q eence fae. The egn an aeblage f the wnng f a IPMSM tte eente n etal. The IPMSM tte el aaete ae btane b analtcal caulatn an tantll tet wth ke t. Kew Fe Phae Peanent Magnet Snchnu Mt PMSM Matheatcal Mel Snchnu Mt Paaete. I. INTRODUÇÃO DESENVOVIMENTO e íã eanente c alta O enae e enega etu a ubttuçã enlaent e ca íã eanente e áquna íncna. O eenlent t ecnute e tênca etu ugent ne e fequênca e tenã. Ete eenlent cntbuía aa eenlent a áquna íncna e íã eanente Peanent-Magnet Snchnu Machne PMSM e a áquna e cente cntínua e eca Buhle DC Machne BDC. Neta áquna íã eanente etá alja na etutua t e a aaua etá alzaa na etutua etat. A cente a aaua etat é cntlaa u ne e fequênca e ncn c a çã íã eanente t []. Baea na anea c íã ã nta n t a áquna íncna e íã eanente MSIP e e clafcaa c áquna c íã nta na uíce t Suface Peanent Magnet achne SPM ; e c áquna c íã nta n nte t Inte Peanent Magnet Machne IPM. A áquna c íã nta na uíce t ue a enae e flu e ente e t e l nã alente e ã uaa e aaçõe e baa eae. A áquna c íã nta n nte t MSIPI ue t a but e e e uaa e aaçõe e alta eae aca e 3. []. O nca t e te e cente altenaa atualente utlza e acnaent e eae aáel ã: t e nuçã t íncn c enlaent e ca t íncn e íã eanente t e elutânca aáel e t íncn e elutânca. Aea e nã et cntle flu íã nã et a egulaçã fat e tênca aeenta c e eagnetzaçã e te u cut a t íncn e S. A. Suza Inttut Feeal e Eucaçã Cênca e Tecnlga Eít Sant IFES Vtóa Eít Sant Bal auel@fe.eu.b W. I. Suetu Uneae Feeal R e Jane UFRJ R e Jane R e Jane Bal uetu@ce.ufj.b íã eanente u a cênca a enae e enega a faa e eae e en uí e elaçã a ut t e te cta [3]-[]. Atualente a aa a aaçõe e eae aáel utlza acnaent c te tfác ete nblae cecal e ua gane aeae e te e nee tfác. C á aanç a eletônca e tênca e a tecnlga e ntegaçã e cnente eletônc acnaent e te nee c cntle gtal au a e ua na aa a aaçõe. A utlzaçã e te acna nee elnu a ltaçõe núe e fae bltan a utlzaçã e te ultfác c a e tê fae e aaçõe eeca [6]. Pequa ecente tê enta que a áquna ultfáca feece antagen gnfcata e elaçã à áquna tfáca cnencna [7]. O auent núe e fae ete bte a uçã e tque aèe aa e lue e ua áquna. O auent na enae e tque e na enae e tênca euz a ea eta tta n enlaent etat a áquna ultfáca. N acnaent e u t ultfác a tênca ttal é tbuía e u núe a e fae e que elea níe e tênca e e bt e auenta a tenã e a cente nnal t ecnute. O acnaent e te ultfác é ua e aaçõe eeca e alta tênca e alt eeenh que ege alta enae e tênca alta cênca e alta cnfablae tea e acnaent en que te íncn e íã eanente ultfác ã canat aequa aa ea aaçõe eeca. E [8] é enta que t e cente altenaa CA e fae aeenta a elh elaçã tque cente caz quan caa c te CA e fae tant nete etu eá aba MSIPI entafác. Paa anále jet e aaçã e MSIPI entafác ã eenca eenlent el ateátc e a btençã aâet t. Deta fa nete atg eã etabeleca a equaçõe el ateátc MSIPI entafác a qua ete etena ctaent t b qualque cnçã e eaçã. Ete el eá e bae aa eenlent e etatéga e cntle a e abaa e ubaçõe futua. O aâet c etênca enlaent etat nutânca e eã etat nutânca e e et e e e quaatua e altue flu enlaça ã eã bt utlzan-e ét e cául analítc e ét e ena etátc. C nã ete MSIPI entafác cecalente níe f cntuí u tót cuj jet e ntage enlaent ã aeenta e etalhe.
2 II. MODEO MATEMÁTICO DO MSIPI PENTAFÁSICO Neta eçã eá eenl el nâc eletecânc e u MSIPI entafác c fça cnta elettz enal. A. Equaçõe a tenã e flu etat n eencal abce Equaçõe a tenã etat: [ V ] [ R ][ I ] [ Λ ] [ V ] [ I ] [ R ] [ ] Λ ã a atze a tenã cente etênca e flu enlaça etat eectaente. [ V ] [ ] T a b [ I ] [ ] T a b [ R ] ag c [ Λ ] [ ] T a b c c Equaçõe flu enlaça etat: e e e [ Λ ] é a atz flu enlaça enlaent etat e à cculaçã a cente [ I ] a fae n enlaent etat. [ Λ ] é a atz flu enlaça enlaent etat e a flu uz el ã eanente t. en θ π en θ [ Λ ] en θ en θ π en θ é a altue flu enlaça e θ é a çã t. [ ] é a atz e nutânca etat cnten a nutânca óa e útua a fae etat. [ ] l l t [ Λ ] [ Λ ] [ Λ ] [ ][ I ] [ Λ ] l l l aa ba ca a ea ab bb cb b eb ac b cc c e a b c e ae be ce e ee é a nutânca e eã. l aa ab bb cc ã a nutânca óa. ee... ec ã a nutânca útua. e ac Paa MSIPI c enlaent tbuí a nutânca óa e útua etat ue ale que aa c a çã t e e e eea c ta aba [9] e []. π l c θ a b3 c4 e π π j c j cθ j j a b3 c4 e N N P Pq Pq P é a cnente e nutânca óa e a flu funaental e ente. é a cnente e nutânca óa e à alênca t que aa c a çã e. N é núe e ea e fae. P e P ã a eeânca e et e e q quaatua q eectaente. B. Matz e Tanfaçã T ] [ q Utlzan a atz e tanfaçã [ T q ] a aáe e fae MSIPI entafác ã tanfea aa u tea e cenaa q gan na eae angula elétca t ta na Fg. e aa u tea e cenaa etacná ta na Fg. [] e []. [ T q ] c θ en θ π c θ π en θ c en c θ en θ π c π en Fgua. Stea e cenaa abce e q. 7 c θ en θ π c π en π c θ π en θ c π en 3
3 Fgua. Stea e cenaa abce e. C. Equaçõe a tenã e flu etat n eencal q Paa lfca el bt na fa e aáe e fae e te e ganeza abce een te e nutânca aáe n te a atz tanfaçã [ ] q T é utlzaa bten-e a el fctíc e te e ganeza q. Multan ab la a equaçõe e 3 btê-e a equaçõe 4 e eectaente. 4 l e q l q e q D. Ccut equalente n eencal q Uan a equaçõe 4 e ccut equalente MSIPI entafác n eencal q e e eeenta c ta na Fg. 3 na qual etá en uaa aa eeenta flu enlaça uz el ã eanente. a Ccut equalente e. b Ccut equalente e q. c Ccut equalente e. Ccut equalente e. e Ccut equalente - equênca ze. Fgua 3. Ccut equalente MSIPI entafác n eencal q. E. Equaçõe tque A Equaçã tque eletagnétc eenl el MSIPI entafác é a : 6 é núe e l. q q q q t ω q l l l q q 7 q q q e T
4 One e te cene a cnente q e tque uz el ca ã eanente tque e ectaçã e egun te q q cene a cnente e tque e à alênca t tque e elutânca que aa c a çã t. A equaçã tque e u tea t-caga eeenta u tea tacnal equalente e e ecta [3]: J é ent e néca tea t-caga. ω é a eae angula ecânca e t. T J e ω TM Bω t T é tque que uz tabalh ecânc útl. M B é ccente e att c. A equaçõe 4 6 e 7 fnece el clet a nâca e u MSIPI entafác c fça elettz nuza enal n eencal q. A equaçõe el aa cnente -q e a equaçã e tque ã êntca à equaçõe aa u MSIP tfác gnfca que e ncí e equea e cntle eã e utlza aa acna MSIPI entafác. III. PROTÓTIPO DO MSIPI PENTAFÁSICO O tót MSIPI entafác f jeta e cntuí a at e u MSIPI tfác kw 6 l 9 Hz. O núcle e 36 anhua c enlaent tfác f ubttuí u núcle e 4 anhua c enlaent entafác a ea ate fa anta. A. Enlaent entafác [4] - [6] Paa bte u enlaent entafác c tbuçã e fça agnettz FMM enal é neceá que enlaent tenha a e ua anhua l e fae q. Paa q / ã neceáa 4 anhua e aa q ã neceáa 6 anhua c ta aba. Q q fae 6l / anhua 4anhua Q q fae 6l anhua 6anhua Otu-e el enlaent facná c 4 anhua aeenta euçã e haônca e tbuçã e FMM quae enal. C nã ete gu e bbna c núe facná e bbna fa utlza gu e bbna c N bbna e gu c N bbna. Paa elaba agaa e u enlaent facná que eja balancea e étc caa fae ee te e núe e anhua e núe e bbna e a e e caçã gu e bbna ee e etabeleca e fa que ete eteja etcaente tbuí. O enlaent ee e e caaa ula n qual núe e bbna eja gual a núe a anhua e caa anhua ua la e bbna u eja u enlaent e bbna ntea ne ta a bbna ua a ea fa. 7 O núe e anhua l e fae é a : Q 4 anhua q fae 6 l C caa gu la gu e bbna eca te u núe nte e bbna entã q3/ ½ ente e e bt e enna e q gu e bbna b l uíe núe feente e bbna ttalzan 3 nuea e q bbna. A 3 bbna aa caa fae tuaa b l e e bta e te u gu e bbna c bbna e ut gu e bbna c bbna lg q / ½. A l fa ua unae báca e enlaent. C enlaent te 6 l ete 3 unae báca e l caa ua un 3 anhua aa caa fae ttalzan 3 anhua unae báca e enlaent. O gu e bbna e caa fae e caa unae báca e enlaent eca e lga e ée e c ete 3 unae báca e enlaent núe á e canh aalel é gual a 3 que é e núe e unae báca enlaent. O a enlaent é a : C a enlaent te que e u núe nte ee-e ca a bbna c a e 6 7 u 8 anhua. Eclheu-e a cut 7 anhua que é 9333% a ntegal 7 ½ e a ete aeenta en cnteú haônc e elh fat funaental c ta na Tabela I. O a e anhua e gau ecânc é a : O a e fae ângul e fae ente quaque ua fae cnecuta e u a e l e gau ecânc é a : Q O a e fae e núe e anhua é a : 4 ecân c 8 ecân c f f 3 ahua g e a fae A nca na anhua n a fae B nca-e na anhua n 4 a fae C nca-e na anhua n 7 a fae D ncae na anhua n e a fae E nca-e na anhua n 3. a 4 anhua 7 6 l 3 36 ecân c 36 ecân c Q 4 anhua 36 elétc 36 elétc fae 6 l f TABEA I FATORES DE ENROAMENTOS HARMÔNICOS h h9 h h9 h h9 h ecân c 4 ecânc
5 A equênca gu e bbna e a tbuçã e anhua e ua unae báca e enlaent ã taa na Tabela II. TABEA II UNIDADE BÁSICA DE ENROAMENTO l l nte l ul fae A D B E C A D B E C n e bbna gu anhua A tbuçã cleta enlaent entafác c nt e níc e e tén a fae é taa na Fg. 4. A eeentaçõe A e A nca nt e níc a fae A e tén a fae A eectaente. Fgua 4. Dtbuçã cleta enlaent entafác. B. Vale nna caacteítca MSIPI entafác O ale nna MSIP tfác e tót MSIPI entafác ã aeenta na Tabela III. TABEA III VAORES NOMINAIS MSIP tfác entafác tênca nnal kw kw tenã nnal lnha 38 V V cente nnal 9 A A fequênca nnal 9 Hz 9 Hz núe e l 6 6 eae nnal 8 8 A caacteítca cntuta báca tót MSIPI entafác ã aeentaa na Tabela IV. TABEA IV DADOS BÁSICOS DO PROTÓTIPO âet eten núcle etat D âet nten núcle etat D cent núcle etat ente fíc e g ente fíc e q g q et n 7 3 núe e anhua etat Q 4 Utlzan-e a ea enae e cente J738 A/ e e flu l n ente 3 Φ 37 Wb / l MSIP tfác gnal enlaent MSIPI entafác f jeta c a egunte caacteítca: enlaent e caaa ula 3 gu e bbna en gu e bbna e gu e bbna 4 ea bbna a e enlaent 7 anhua cneã e ée gu e bbna fae cnectaa e Y 6 ea fae c btla e 3 N 9 AWG. C. Paâet MSIPI entafác Paa utlzaçã el MSIPI entafác é neceá etena eu aâet. A aa lfca eã utlza ét e cául analítc e ét e ena etátc. Vale a ec e e bt el ét eleent fnt. C. Retênca enlaent etat A etênca e ua fae etat e e ea e cente cntínua ente tenal e lnha e neut cnean lgaçã e etela. Paa te e equen a é te e-e eeza et eula nã en neceá etua cául e cneã a etênca e cente cntínua aa a etênca e cente altenaa [7] e [8]. C. Inutânca e eã etat A nutânca e eã etat baea e [9]-[] e utlzan a nfaçõe enna e a caacteítca cntuta t e e caulaa ela equaçã 8. 4 l 8 l μ N l le lt Q 6 ne μ H é a eeablae agnétca a é núe e fae Q é núe e anhua é cent et núcle etat N é núe e ea fae l e le ã a eeânca e lt eã a anhua etat a cabeça e bbna etat ente enlaent etat e t e ente etat eectaente. A eeânca e eã a anhua etat cnean ua anhua al echaa c enlaent e caaa únca e enõe lutaa na Fg. é caulaa ela equaçã 9.
6 h h h4 l 44 kt en [ b4 b ] 3b b b t t 3 4lnt b k t 3 t 4 t t b Paa enlaent e caaa ula é neceá ulta a equaçã 9 el fat 3 4 ne é a enlaent e é a la. Fgua. Denõe a anhua al echaa etat. A eeânca e eã a cabeça e bbna fae etat é caulaa ela equaçã. 34q π l π Dn h t ne l é cent a cabeça a bbna D n é âet nten núcle etat e h é a altua ente. t A eeânca e eã ente enlaent é caulaa ela equaçã. q f le π g k k π q 3 τ en 7 q k t t γ g C 4 b4 γ π g C tg e at l τ b4 g π D t Q n ln b4 g One f é fat e enlaent a funaental Tabela I e g é ente fíc e k é ccente e at atuaçã ccut agnétc τ é fat e ente k é ccente e Cate e C t é a e anhua. A eeânca e eã t ente fae etat é caulaa ela equaçã. g b4 lt 4 g b4 C3. Inutânca e et e e e quaatua A eçã a nutânca e et e e quaatua e e ealzaa el ét e ena etátc t aa e cente altenaa. Alenta-e tena e ua fae c u a fnte ajutáel e tenã altenaa e egua ga-e t en-e a cente e anten-e a tenã e alentaçã cntante até que e encnte a çã t que e eça a cente áa. Nete ent ee-e a tenã e a cente. O ale a eatânca e a nutânca e et ã bt ela equaçõe 3 e 4 eectaente 3 4 Reete-e ceent ealza aa a etenaçã a nutânca e et é nete ca ga-e t en-e a cente e anten-e a tenã e alentaçã cntante até que e encnte a çã t e que a cente eja ína. Nete ent ee-e a tenã e q a cente q. O ale a eatânca e a nutânca e e quaatua ã bt ela equaçõe e 6 eectaente. q q q q q π f 6 C4. Flu enlaça ã eanente A altue flu enlaça e Webe enlaent etat e a flu uz el ã eanente t e e bta ela equaçã 7. O al caz a tenã e fae e lt e al a eae t ω e aan elétc egun ã bt n ena a az quan MSIPI entafác é acna uta áquna. 7 ω π f IV. RESUTADOS Fa ealza ena e cául cnfe ect na eçã ante aa bte aâet tót MSIPI entafác cuj ale etã eu na Tabela V. A etênca enlaent etat a nutânca e et e e e quaatua e flu enlaça ã eanente fa bta el ét e ena etátc e a nutânca e eã etat f bta el ét e cául analítc.
7 TABEA V PARÂMETROS DO PROTÓTIPO DO MSIPI PENTAFÁSICO etênca enlaent etat nutânca e eã etat nutânca e et nutânca e e quaatua altue flu enlaça ã V. CONCUSÃO Ete atg eeenta tabalh elna ealza be acnaent e MSIPI entafác. Fa etabeleca a equaçõe el ateátc a qua a at e tanfaçã e cenaa ã lfcaa e tna-e aequaa aa a leentaçã e técnca e cntle e acnaent. F tabé aeentaa à etenaçã aâet t baeaa e cául analítc e ena etátc. A f e tna a etenaçã a le e ceeníel tu-e c bae u tót cntuí a at e u MSIPI tfác. A equaçõe utlzaa e ena ealza ã e fácl ceenã e etenã a ut te c núe e fae ae. Dfeente a aa tabalh uba be tea f aeenta jet e ntage enlaent tót e etalhe cuja abage ete ua ceenã claa e c f cntuí en e aaa a te c ut núe e fae. Na cntnuaçã tabalh etá et eenlent e técnca e cntle b cnçõe na e funcnaent e b cnçõe e falta e fae. AGRADECIMENTOS O aute agaece ute CNPq 4764/- 6. REFERÊNCIAS 683 Ω l 8947 H 7 3 q H H [] R. Khnan Chate Peanent Magnet an Machne n Peanent Magnet Snchnu an Buhle DC Mt De Bca Ratn Fla USA CRC Pe. [] B. K. Be Chate AC Machne f De n Men Pwe Electnc an AC De Ue Sale Re New Jee USA Pentce Hall PTR. [3]. Chang Can f AC e f electc ehcle-a et n eet' nn ue IEEE Aeace an Electnc Ste Magazne l. 9 n Aug [4] S. Huang J. u F. ena e T. A. A geneal aach t zng an we ent equatn f can f electcal achne IEEE Tanactn n Inut Aatn l. 34 n Jan./Fe [] A. M. F. E-Rae e T. M. Jahn Can f nchnu PM achne te f we cntant-we ee ange eatn Inut Aatn Cnfeence. Futeth IAS Annual Meetng l.. - Oct.. [6] E. e Multhae Electc Machne f Vaable-See Aatn IEEE Tanactn n Inutal Electnc l. n Ma 8. [7]. Paa On aantage f ult-hae achne 3t Annual Cnfeence f IEEE Inutal Electnc Scet. IECON N.. [8] H. A. Tlat T. A. e J. C. Whte Anal f a cncentate wnng nuctn achne f ajutable ee e aatn. II. Wb Mt egn an ance IEEE Tanactn n Eneg Cnen l. 6 n Dec. 99 [9] F. Yu. Zhang an S. Wang Fe-hae eanent agnet nchnu t ect cntl bae n hanc elnatng ace ect ulatn n Pceeng f Eght Intenatnal Cnfeence n Electcal Machne an Ste ICEMS Chna. [] M.. Pnhe W. I. Suetu "Peanent agnet nchnu t e n eel wth electc uln te" n Pwe Electnc Cnfeence COBEP 3 Bazlan Oct. 3 [] E. e R. Bj F. Pfu H. A. Tlat an S. Wllan Multhae nuctn t e A technlg tatu eew IET Elect. Pwe Al. l Jul. 7. [] C. M. Ong Chate Bac f Electc Machne an Tanfatn n Dnac Sulatn f Electcal Machne New Jee Pentce Hall 998. [3] G. K. Dube Dnac f the Mt a Ste n Pwe Secnuct Cntlle De New Jee Pentce Hall 989. [4] M. R. Khan A. Iqbal S.M. Ahe S. Mnun an S. Paan Mult-hae altenate cuent achne wnng egn Intenatnal Junal f Engneeng Scence an Technlg l. n [] J. Phnen T. Jknen an V. Habcá Chate Wnng f Electcal Machne n Degn f Rtatng Electcal Machne Chchete Wet Sue Englan Jhn Wle & Sn 8. [6] N. T. Muñz Cául e Enlaent e Máquna Elétca e Stea e Alae R e Jane RJ Bal Eta Feta Bat 987. [7] M. E. Haque an M. F. Rahan Dnac el an aaete eaueent f nte eanent agnet nchnu t n Pceeng f the Autalan Unete Pwe Engneeng Cnfeence AUPEC'6 Melbune Vcta Autala -3 Decebe 6. [8] W. Steenn e Eleent e Anále e Stea e Ptênca Sã Paul - SP - Bal McGaw-Hll Bk Can 986. [9] D. Caente e S. Deleanu Paaete etenatn f nchnu achne wth aal eanent agnet ung analtcal caulatn an tantll tet n th IEEE Canaan Cnfeence n Electcal & Cute Engneeng CCECE. -6 Ma [] M. Kaze e N. C. Ka Meth f etenatn the aaete an chaactetc f PMSM IEEE Intenatnal Electc Machne & De Cnfeence IEMDC Ma. [] J. F. Gea Aen A - eakege Inuctance f a.c. Stat Wnng n Peanent Magnet Mt Technlg: Degn an Aatn New Yk - USA CRC Pe. [] J. Phnen T. Jknen e V. Habccaá Chate 4 - Flu eakage n Degn f Rtatng Electcal Machne Chchete- Wet Sue- Englan Jhn Wle & Sn t 8. Sauel Ale e Suza u gauaçã 99 e eta e Engenhaa Elétca ela Uneae Feeal Eít Sant. Atualente é fe Inttut Feeal e Eucaçã Cênca e Tecnlga Eít Sant e alun e uta Pgaa e Engenhaa Elétca a Uneae Feeal R e Jane c equa na áea e Acnaent e Máquna Síncna e Iã Peanente Pentafáca. Te eeênca na áea e Engenhaa Elétca c ênfae e Acnaent e Máquna Elétca e Intalaçõe Elétca e Baa Tenã. Walte Iau Suetu u gauaçã e Engenhaa Elétca ela Uneae e Sã Paul 97 eta e Engenhaa Elétca ela COPPE - Uneae Feeal R e Jane 979 e Duta e Engenhaa Elétca ela Écle Natnal Suéeu D'ngéneu Électcen e Genble 986. Atualente é fe ttula a Ecla Pltécnca e a COPPE Uneae Feeal R e Jane. Te eeênca na áea e Engenhaa Elétca c ênfae e Eletônca e Ptênca e Acnaent atuan ncalente n egunte tea: cnee eletônc acnaent eletônc e áquna elétca aaçõe e cntle fuzz e ee neua n cntle e áquna elétca. Atualente te atua tabé c a aaçã e cnee eletônc e tea e geaçã utlzan fnte enáe.
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INSCRIÇÕES ABERTAS ATÉ 13 DE JULH DE 2015! Ac esse o sit e w w w. d e ca c lu b.c om.br / es t u dos 2 0 1 5 e f a ç a s u a insc riçã o cl ica nd o e m Pa r t i c i p e : Caso vo cê nunca t e nh a pa
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