Métodos Avançados para o Diagnóstico de Falhas no Rotor de Máquinas Síncronas de Ímanes Permanentes Multifásicas

Abstract

In an increasingly electrified and electricity-dependent world, the rational and efficient use of electricity is a matter of great interest. The energy transition is taking place and, therefore, in recent years we have seen an increase in the electrification of transport and the installation of renewable energy sources such as wind energy. The growth of these two sectors, in which there is an electrical machine as the generating and/or propulsion element, also comes with a new generation of machines, such as multiphase machines, which leads to the need to develop new techniques for diagnosing faults that may occur in these electrical assets, thus allowing a better management of them, avoiding energy waste and increasing their lifespan. The purpose of this dissertation was to diagnose faults in the rotor permanent magnets of multiphase permanent magnet synchronous machines, due to the greater spread of these electrical machines in today's energy context. This objective was achieved by analysing the 6th harmonic of the voltage space vector and the disturbance observer (DOB) output space vector, where the variation of their amplitude with the occurrence of demagnetisation was studied for various speeds and load regimes. For the experimental tests, unlike the simulations, a dead-time compensation technique was applied to the voltage, due to its effect on the spectral component used as a fault indicator. The results obtained led to the development of two diagnostic techniques capable of indicating the occurrence of demagnetisation, with the technique that makes use of the voltage space vector being more effective for high and medium speeds, while the technique that makes use of the DOB output space vector was effective for all speeds.

Num Mundo cada vez mais eletrificado e dependente da energia elétrica, a utilização desta de forma racional e eficiente torna-se um assunto de elevado interesse. A transição energética está a acontecer e, por isso, nos últimos anos tem-se vindo a assistir a um aumento da eletrificação dos transportes e da instalação de fontes de energia renovável como, por exemplo, a energia eólica. O crescimento destes dois setores, em que existe uma máquina elétrica como o elemento gerador e/ou propulsor, surge também com máquinas de nova geração, como as máquinas multifásicas, o que leva à necessidade de se desenvolverem novas técnicas para o diagnóstico de falhas que ocorrem nestes ativos elétricos, podendo-se assim fazer uma melhor gestão dos mesmos, evitar desperdícios de energia e aumentar a sua vida útil. Esta dissertação teve como objetivo realizar o diagnóstico de falhas nos ímanes permanentes do rotor de máquinas síncronas de ímanes permanentes multifásicas, devido à maior disseminação destas máquinas elétricas no contexto energético atual. A concretização deste objetivo prendeu-se com a análise do 6º harmónico do vetor espacial da tensão e do vetor espacial da saída do observador de perturbações (DOB), onde para várias velocidades e vários regimes de carga se estudou a variação da sua amplitude com a ocorrência da desmagnetização. Para os ensaios experimentais, ao contrário do que foi realizado para as simulações, foi aplicada uma técnica de compensação de tempo morto à tensão, devido ao efeito deste na componente espectral utilizada como indicadora de falha. Os resultados obtidos levaram ao desenvolvimento de duas técnicas de diagnóstico capazes de indicar a ocorrência da desmagnetização, sendo que a técnica que faz uso do vetor espacial da tensão é mais eficaz para velocidades altas e médias, enquanto a técnica que faz uso do vetor espacial da saída do DOB foi eficaz para todas as velocidades.