Contribuição ao estudo da máquina síncrona pentafásica de ímãs permanentes operando sob condição normal e sob falha - Branco, Gabriel Garcia Castelo (2023)
Tendo em vista as características atrativas de máquinas síncronas com cinco fases a ímãs permanentes, o presente trabalho propõe um modelo analítico para este tipo de má- quina operando em regime permanente normal e sob abertura de uma fase, considerando componentes harmônicas na indução do entreferro. A fim de testar e validar o modelo, foram utilizados dois protótipos de 1, 5 kW disponíveis na UFRGS com diferentes características em termos de conteúdo harmônico da indução do entreferro. O primeiro deles, apresenta uma distribuição da indução radial no entreferro aproximadamente senoidal, enquanto o segundo possuí uma indução aproximadamente trapezoidal. Primeiramente, é realizada uma revisão bibliográfica na área de máquinas elétricas com mais de três fases a ímãs permanentes, onde são discutidas as vantagens, desvantagens, modelos analíticos e principais trabalhos publicados nos últimos anos. Na sequência, é apresentado um modelo analítico, onde para simplificar, foi considerada, além da componente fundamental, a componente de terceiro harmônico na indução do entreferro, não havendo contudo restrição para a tensão terminal. Além disso, uma transformação de coordenadas complexa é aplicada ao sistema original de equações, sendo na sequência as equações transformadas para o sistema de coordenadas do rotor. Diferente da maioria dos trabalhos encontrados na literatura, as transformações de coordenadas utilizadas aqui são as mesmas tanto para a operação normal como para a operação sob falha. São também abordados os parâmetros necessários para o modelo, sendo apresentado o método adotado para o cálculo das indutâncias, resistência de fase e tensões induzidas em vazio. Finalmente, para validar e testar o modelo proposto, foram feitas análises com o método de elementos finitos e ensaios com os dois protótipos, sendo ambos resultados comparados com os obtidos com o modelo analítico. Os testes realizados incluíram a operação como motor e gerador em regime permanente normal e sob falha, sendo observada uma concordância boa para as correntes e torque eletromagnético obtidas com o modelo e através de ensaios e elementos finitos. Assim, os resultados numéricos e os obtidos com ensaios indicam que o modelo proposto é válido e descreve o comportamento de ambos os protótipos com boa acurácia.