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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

MOTORES A RELUTNCIA VARIVEL 6x4 e 6x6.

ESTUDO COMPARATIVO DE OPERAO E

DESEMPENHO.

RENATO JAYME DIAS

FEVEREIRO DE 2011

RENATO JAYME DIAS

MOTORES A RELUTNCIA VARIVEL 6x4 e 6x6.

ESTUDO COMPARATIVO DE OPERAO E

DESEMPENHO.

Dissertao apresentada ao programa de ps-

graduao em Engenharia Eltrica da Universidade

Federal de Uberlndia, como requisito parcial para

obteno do ttulo de Mestre em Engenharia

Eltrica.

rea de concentrao: Mquinas e aterramentos

eltricos

Orientador: Prof. Darizon Alves de Andrade, PhD,

UFU

Uberlndia

2011

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

MOTORES A RELUTNCIA VARIVEL 6x4 e 6x6.

ESTUDO COMPARATIVO DE OPERAO E

DESEMPENHO. Dissertao apresentada ao programa de ps-graduao

em Engenharia Eltrica da Universidade Federal de

Uberlndia, como requisito parcial para obteno do

ttulo de Mestre em Engenharia Eltrica.

rea de concentrao: Mquinas e aterramentos

eltricos

Aprovada em 07 de fevereiro de 2011, pela seguinte Banca Examinadora: Prof. Darizon Alves de Andrade, PhD, UFU Orientador

Prof. Augusto Fleury Veloso da Silveira, Dr., PUC-GO Prof. Luciano Coutinho Gomes, Dr., UFU

Uberlndia, 07 de fevereiro de 2011

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

MOTORES A RELUTNCIA VARIVEL 6x4 e 6x6.

ESTUDO COMPARATIVO DE OPERAO E

DESEMPENHO.

Dissertao apresentada Universidade Federal de Uberlndia por Renato

Jayme Dias visando obteno do ttulo de Mestre em Engenharia.

______________________________________________ Prof. Darizon Alves de Andrade, PhD

Orientador

DEDICATRIA

Dedico este trabalho aos meus pais Jaime Rosa Dias e Dionia Alves

da Silva Dias, os quais so responsveis por tudo que fao e tudo que sou.

Aos meus irmos Fbio Jayme Dias e Naya Patrcia Dias, que sempre

esto comigo me dando fora e amor.

Aos meus avs Isaac Silvestre da Silva e Arciminda Alves da Silva, pelo

apoio e pelas oraes.

Aos meus padrinhos Adilson Rmulo da Silva e Adeilda Alves da Silva,

por me tratarem como filho.

Aos meus primos Ricardo, Fernanda e Adeilson, por estarem sempre

presentes e apoiando.

E principalmente, dedico esse trabalho minha mulher: Rejane Carmo

Rezende, que minha mais intensa e surpreendente descoberta; que sempre

me acompanha, entende e apia.

AGRADECIMENTOS

Agradeo aos meus colegas de Laboratrio e de Instituio:

Ao Augusto Wohlgemuth Fleury Veloso da Silveira pela ajuda nas

simulaes.

Ao Victor Rgis Bernadeli pela fora, motivao e pelo senso de humor

que tanto nos alegra.

Ao Ghunter Paulo Viajante pela generosidade, calma, ajudas no

conversor e pelas discusses filosficas sobre mquinas.

Ludmylla Gomes Cabral por ser minha irm e companheira de

pesquisa.

Carolina Pimenta Mota por ter me ensinado tudo que sei sobre

programao e por ter ajudado na minha adaptao em Uberlndia.

Mariana Barbosa Rego pela ajuda na simulao, que em muito

enriqueceu esse trabalho.

Ao Aildo Borges Cabral pelo apoio financeiro, pela construo das

mquinas e pela amizade,

Ao Luciano Coutinho pela ajuda, indispensvel, na coleta de dados e

pela amizade.

AGRADECIMENTOS

Pollyanna Rodrigues pelas aulas de FEMM.

Ao Carlos Augusto Bissochi Junior Pelo projeto do conversor.

Ao Prof. Jos Roberto Camacho pelas dicas em programao e em

elementos finitos.

E, principalmente, agradeo ao meu orientador Prof. Darizon Alves de

Andrade, PhD, pela postura de pesquisador, que o que busco ser

futuramente; pela confiana e pela generosidade.

MOTORES A RELUTNCIA VARIVEL 6x4 e 6x6.

ESTUDO COMPARATIVO DE OPERAO E

DESEMPENHO.

Resumo: O estudo comparativo entre mquinas eltricas tem estado em voga devido

crescente busca por conversores eletromecnicos com o mximo de rendimento possvel. A

busca de equipamentos com o rendimento maior tem sido uma alternativa escassez

energtica. Neste cenrio, as Mquinas a Relutncia Chaveadas tm se mostrado

competitivas. Estudos comparativos entre estas mquinas e as j estabelecidas mquinas de

induo podem ser encontrados facilmente na literatura cientfica, porm, estudos sobre as

vrias configuraes das Mquinas a Relutncia Chaveadas no so to difundidos. Este

trabalho mostra a modelagem, projeto, simulao, construo e apresenta um estudo

comparativo de duas Mquinas a Relutncia Chaveada, uma monofsica (6x6) e outra de

trs fases (6x4). Aspectos construtivos, de acionamento e de rendimento so discutidos com

o objetivo de se encontrar vantagens e desvantagens em cada uma dessas mquinas.

Palavras-chave: Mquinas a Relutncia Chaveada Monofsica (6x6), Mquina a

Relutncia Chaveada Trifsica (6x4), Comparao de Eficincia.

MODELING, PROJECT, SIMULATION, CONSTRUCTION AND A COMPARATIVE STUDY BETWEEN A SINGLE-PHASE SWITCHED RELUCTANCE MACHINE (6X6) AND A THREE-PHASE SWITCHED

RELUCTANCE MACHINE (6X4)

Abstract: The comparative study of electric machines has been in vogue due to the

growing demand for electromechanical converters with maximum possible efficiency. In

this scene, the switched reluctance machines have proven to be competitive. Comparative

studies between these machines and the already established induction machines can be

easily found in the scientific literature, but studies on various configurations of the switched

reluctance machines are not as widespread. This work shows the modeling, simulation and

presents a comparative study of two Switched Reluctance Machines to a single phase (6x6)

and three-phase (6x4). Aspects of construction, drive and efficiency are discussed in order

to find advantages and disadvantages to each of these machines.

Keywords: Single phase Switched Reluctance Machine (6x6), Three-phase Switched

Reluctance Machine (6x4), Comparison of Efficiency.

NDICE

CAPTULO 1 - INTRODUO GERAL E APRESENTAO DO TRABALHO

1.1 - Consideraes iniciais................................................................................... 1

1.2 Reviso Bibliogrfica.................................................................................... 2

1.3 Objetivos do Trabalho.................................................................................. 4

1.4 Apresentao do Contedo do Trabalho..................................................... 5

CAPTULO 2 - REVISO DOS PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTOS

2.1 Introduo ...................................................................................................... 6

2.2 - Estrutura das Mquinas a Relutncia Varivel .......................................... 6

2.3 - Princpios de acionamento das Mquinas a Relutncia Varivel .............. 8

2.3.1 - Mquinas a Relutncia Varivel de Trs Fases............................................. 9

2.3.2 - Mquinas a Relutncia Varivel Monofsica............................................... 12

2.4 - Produo de Conjugado em uma MRV....................................................... 15

2.5 - Efeitos dos ngulos de disparo nas MRV..................................................... 17

2.6 - Efeitos da Saturao nas MRV..................................................................... 18

2.7 - Conseqncias do Perfil de Indutncia nas MRV....................................... 19

2.8 - Concluses....................................................................................................... 19

CAPTULO 3 - MODELAGEM MATEMTICA

3.1 - Introduo........................................................................................................ 20

3.2 - Equacionamento das Foras........................................................................... 20

3.3 - Concluso......................................................................................................... 23

CAPTULO 4 - PROJETO DE DUAS MQUINAS A RELUTNCIA CHAVEADA

4.1 - Introduo....................................................................................................... 24

4.2 - MRC de 6 cv.................................................................................................... 24

4.2.1 - Escolha do ngulo do Plo do Estator......................................................... 28

4.2.2 - Obteno do Comprimento do Entreferro................................................... 28

4.2.3 - Altura da culatra do Estator......................................................................... 29

4.2.4 - Dimetro Externo do Estator........................................................................ 31

4.2.5 - Largura do Plo do Estator........................................................................... 31

4.2.6 - Largura do Plo do Rotor.......................................................