Modelo semi-analítico orientado à otimização para projeto de geradores síncronos de polos salientes e rotor bobinado

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Justus Junior, Zanderlei
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba; Brasil; Programa de Pós-Graduação em Sistemas de Energia; UTFPR
• Palavras-chave em Português: Geradores Síncronos - Projeto e construção; Máquinas elétricas síncronas - Projetos e construção; Otimização matemática; Algorítmos; Rotores; Energia elétrica - Consumo; Synchronous generators - Design and construction; Electric machinery, Synchronous - Design and construction; Mathematical optimization; Algorithms; Rotors; Electric power consumption; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Engenharia Elétrica
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38660

Esta dissertação explora o uso de redes de relutância acopladas a algoritmos de otimização para desenvolver um modelo semianalítico para o projeto ótimo de geradores síncronos de rotor bobinado. Esses geradores são essenciais para a conversão de energia mecânica em energia elétrica. Um desafio significativo em seu projeto é calcular a tensão terminal da máquina, que implica em obter os parâmetros de eixo direto () e eixo em quadratura () sem depender da Análise de Elementos Finitos (FEA). Este estudo oferece uma solução para esse desafio, eliminando os custos computacionais e de tempo associados à FEA, tornando o processo de projeto mais acessível. O objetivo é alcançado ao criar um modelo orientado para a otimização (MOO) que utiliza redes de relutância para calcular as reatâncias de eixo direto, quadratura e a tensão induzida nas bobinas do induzido, assumindo um comportamento senoidal do fluxo magnético. Com a tensão induzida determinada, a queda de tensão é calculada usando os parâmetros e para alcançar a tensão terminal desejada. Após a conclusão, o algoritmo de otimização Sequential Quadratic Programming (SQP) é empregado para desenvolver uma fronteira de Pareto maximizando dois objetivos contrastantes, sendo eles a eficiência e densidade de conjugado. O Pareto evidencia as mudanças na eficiência em função da densidade de torque, permitindo a análise e seleção de projetos de máquinas ótimos. Finalmente, uma das máquinas projetadas usando o MOO, em combinação com algoritmos de otimização, é validada por meio de simulações FEA, confirmando a precisão e efetividade do modelo na otimização do design de geradores síncronos.