Modelo dinâmico e acionamento de máquina YASA multifásica para tração elétrica

Abstract

Este trabalho tem como principais objetivos o desenvolvimento do modelo dinâmico e o acionamento vetorial de uma máquina YASA (Yokeless and Segmented Armature) multifásica voltada para tração elétrica. A máquina utilizada como estudo de caso pode ser alimentada com 3, 5 ou 15 fases, conforme conexão elétrica de seus enrolamentos. A fim de considerar a aplicação veicular, são utilizados ciclos de condução que servem de referência para a velocidade e são utilizados modelos de dinâmica veicular para definição do conjugado de carga a ser desenvolvido pela máquina. Com vistas à implementação do acionamento, o modelo dinâmico de parâmetros concentrados da máquina para alimentação trifásica e pentafásica é obtido no referencial bifásico síncrono. Para tanto são empregadas as transformadas de Clarke e Park que permitem a utilização do modelo síncrono, independentemente do número de fases. Por meio destas técnicas é desenvolvido o acionamento do motor utilizando o controle por orientação de campo (Field Oriented Control-FOC). Para fins de análise e validação, o trabalho faz uso da ferramenta computacional Matlab/Simulink para implementação dos modelos analíticos de parâmetros concentrados da máquina na configuração trifásica e pentafásica e apresenta ensaios experimentais de operação com e sem carga mecânica. Os resultados demonstraram boa concordância entre as curvas experimentais e as dos modelos analíticos; além disso, as curvas de referência do ciclo de condução foi seguida de forma satisfatória indicando a possibilidade de uso da máquina YASA multifásica com o controle desenvolvido em aplicações de tração veicular.

The main objectives of this work are developing the dynamic model and the vector drive of a multiphase YASA (Yokeless and Segmented Armature) machine for application to electric traction. The machine used as a case study can be fed with 3, 5, or 15 phases, depending on the electrical connection of its windings. In order to consider the vehicular application, driving cycles are used that serve as a reference for the speed and vehicular dynamics models used to define the load torque to be developed by the machine. For the implementation of the drive, the dynamic model of lumped parameters of the machine for three-phase and five-phase configurations is obtained in the synchronous reference frame. For this purpose, the Clarke and Park transforms are used, which allow the use of the synchronous model, regardless of the number of phases. Through these techniques, the motor drive was developed using Field Orientation Control (FOC). For analysis and validation purposes, the work makes use of the Matlab/Simulink computational tool to implement the analytical models of lumped parameters of the machine and the FOC in the three-phase and five-phase configuration and presents experimental tests of operation with and without mechanical load. The results showed good agreement between the experimental curves and those of the analytical models; in addition, the reference curves of the driving cycle were satisfactorily followed, indicating the possibility of using the multiphase YASA machine with the control developed in vehicular traction applications.