Motor síncrono de relutância para sistemas de tração de veículos elétricos

Abstract

O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento e implementação de um sistema de controlo de um acionamento elétrico utilizando um motor síncrono de relutância (SynRM) orientado para aplicações de tração elétrica, particularmente veículos elétricos. O Capítulo 1, de natureza introdutória, apresenta um enquadramento do tema sobre o qual se desenvolveu este trabalho. Neste capítulo é apresentado o SynRM destacando-se algumas das suas vantagens face às suas principais alternativas, que evidenciam a motivação para a realização deste trabalho. No Capítulo 2 é, inicialmente, apresentado o modelo matemático do SynRM. São descritos os fenómenos de saturação magnética e de saturação magnética cruzada, bem como as consequências que estes têm ao nível do sistema de controlo. O principal objetivo deste capítulo consiste na apresentação das estratégias de controlo utilizadas em acionamentos elétricos com SynRMs, no sentido de analisar qual a que melhor se adequa ao sistema de controlo a ser implementado, dada a aplicação alvo do acionamento a desenvolver. No Capítulo 3 é justificada a opção pela estratégia de controlo implementada, após a qual é feita uma apresentação detalhada da mesma. Neste capítulo é ainda apresentada uma estratégia de minimização das perdas elétricas no SynRM, que será também incluída no sistema de controlo. O Capítulo 4 apresenta os resultados de simulação obtidos com a estratégia de controlo por orientação do fluxo ativo, em diferentes regimes de funcionamento para várias condições de carga e de velocidade. No final deste capítulo são ainda apresentados resultados de simulação obtidos com a estratégia máximo binário por ampere (MTPA), que evidenciam a não utilização da mesma no acionamento elétrico desenvolvido. No Capítulo 5 é apresentada, inicialmente, uma breve descrição dos diversos componentes que constituem o acionamento elétrico, a seguir à qual são apresentados os resultados experimentais obtidos nos ensaios realizados para diferentes regimes de carga e de velocidade. Este capítulo realça ainda a importância da estratégia de minimização das perdas elétricas no SynRM, que permitiu obter melhorias significativas ao nível do rendimento do acionamento. O Capítulo 6 contém as principais conclusões do trabalho desenvolvido e apresenta algumas sugestões para trabalho futuro.

The main goal of this work consists in the development and implementation of a control system for an electric drive using a synchronous reluctance motor (SynRM) oriented to traction applications and particularly to electrical vehicles. Chapter 1, of introductory nature, presents a framework on the subject of development of this work. This chapter presents the SynRM highlighting some of its advantages over its main alternatives, which shows the motivation for the execution of this work. In Chapter 2 the mathematical model of SynRM is presented. Magnetic saturation and cross magnetic saturation effects are presented as well as their consequences on a control system. The main purpose of this chapter is to present the most common control strategies used in electric drives with SynRMs, in order to analyze which one is the best strategy to implement on the drive that will be developed. In Chapter 3 the choice for the implemented control strategy is explained and this control strategy is described in detail. This chapter also presents a strategy to minimize the SynRM electrical losses to be included in the control system. Chapter 4 presents the simulation results with the active flux orientation control strategy, obtained for different operating conditions of load and speed. This chapter also presents simulation results of another control strategy, maximum torque per ampere (MTPA), to show that this kind of strategy is not adequate for this specific application. In Chapter 5 the main components of the electric drive are briefly described. This chapter presents the experimental results obtained in different operating regimes for various conditions of load and speed. This chapter also presents the importance of the SynRM electrical loss minimization strategy, which ensured significant improvements in the drive’s efficiency. Chapter 6 contains the main conclusions of this work and presents some suggestions for future work