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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Gerador de relutância variável com núcleo do tipo C = aspectos construtivos e operacionais = C-Core switched reluctance generator: constructive and operational aspects
Title Alternative: C-Core switched reluctance generator : constructive and operational aspects
Author: Teixeira, Vanessa Siqueira de Castro, 1982-
Advisor: Ruppert Filho, Ernesto, 1948-
Abstract: Resumo: O gerador de relutância variável (GRV) é considerado uma alternativa competitiva às máquinas elétricas convencionais utilizadas para a produção de energia elétrica a partir da energia eólica em aplicações de pequeno e médio portes. Entre os tipos construtivos dessa máquina elétrica, destaca-se a de fluxo magnético axial com núcleo do tipo C (GRV-C) que é abordada nesta pesquisa. Esta tese apresenta uma proposta de metodologia para o projeto eletromagnético de geradores de relutância variável de fluxo magnético axial com núcleo do tipo C e realiza análises estáticas e dinâmicas da sua operação em modo autoexcitado. O GRV-C é um tipo de gerador de relutância variável não convencional sendo que a maioria das pesquisas realizadas com o GRV focam nas estruturas tradicionais (estruturas regulares e de fluxo radial). Desta forma, este trabalho complementa a literatura, apresentando considerações sobre os dimensionamentos elétrico e magnético do GRV-C de pequeno e médio portes. A metodologia proposta foca diferentes aspectos. Primeiramente, as dimensões de um projeto inicial do núcleo eletromagnético são calculadas por meio de equações analíticas e de considerações baseadas em projetos de máquinas de relutância convencionais. Na sequência, um modelo usando o método dos elementos finitos em duas dimensões (MEF-2D) é utilizado no processo de otimização dos projetos elétrico e magnético. Optou-se pelo MEF-2D no processo de otimização dos parâmetros construtivos a fim de reduzir o tempo de processamento, quando comparado ao método dos elementos finitos em três dimensões (MEF-3D). Foi necessário inserir fatores de correção no modelo em duas dimensões. A análise da operação do GRV-C realizada nesta pesquisa é distinta das encontradas na literatura. Ela apresenta estudos comparativos entre três projetos de geradores obtidos a partir da metodologia proposta. Simulações estáticas e dinâmicas foram realizadas por meio de dois modelos diferentes: um usando o método dos elementos finitos e o outro baseado nas curvas de magnetização do gerador que representam bem as não linearidades magnéticas do gerador elétrico. Seguindo a metodologia de projeto proposta, foram obtidas as dimensões de um quarto gerador (utilizando o material magnético o disponível na empresa responsável pela fabricação) e o protótipo de um dos núcleos C foi construído a fim determinar os resultados estáticos experimentais. Os resultados de simulação e experimentais obtidos atestam a viabilidade e eficiência da metodologia proposta para o projeto de um GRV-C

Abstract: The switched reluctance generator (SRG) is considered a competitive alternative to traditional electric machines used in wind energy systems for electric power generation for small and medium power applications. Prominent among the topologies of these electric machines is the Axial-Flux Switched Reluctance Generator with C Core (C-SRG) that is addressed in this research. This thesis presents a methodology proposal for the electromagnetic design of the Axial-Flux Switched Reluctance Generator with C Core and performs statics and dynamics analysis in self-exciting operation mode. The C-SRG is a non-conventional type of the switched reluctance generator and most research focuses on traditional structures of SRG (regular with the radial flux). So, this research supplements the literature, addressing a comprehensive framework of the electric and magnetic design of the C-SRG for small and medium power requirement. The proposed methodology focuses on different aspects. First, the dimensions of one initial design are obtained from analytic equations and design considerations based on traditional switched reluctance machines. After, a two-dimensional finite element method (FEM-2D) model is used to optimize the constructive parameters. The FEM-2D was chosen due to the high processing time during the optimization process when compared to three-dimensional finite element method (FEM-3D) model. However, it was necessary to include correction factors to calculate the inductances of the C-SRG model. The thesis C-SRG operations analysis is distinct from similar studies. It presents the comparative of three C-SRGs designs that were obtained from the proposed methodology. The static and dynamic simulations use two different models: one based on finite element method and the other on the generator¿s magnetization curves that well represents the magnetic nonlinearities of the electric generator. From the proposed design methodology, the final dimensions of a fourth generator are obtained (using the magnetic material available in the company responsible of the manufacturing) and an C-core prototype of the generator was built in order to obtain its experimental static results. The simulated and experimental results attested the viability and efficiency of the proposed methodology on the C-SRG design
Subject: Geradores elétricos
Máquinas elétricas - Projetos e construção
Método dos elementos finitos
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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