Diagnóstico de avarias nos ímanes permanentes de um PMSM de seis fases

Abstract

O Mundo está em grande mudança. Existe atualmente uma clara viragem do ponto de vista energético. A crescente aposta em energias renováveis, eficiência energética, mobilidade elétrica, entre outros, faz com que a inovação e desenvolvimento nestes setores esteja em alto crescimento. Obviamente que para isto, existe uma simbiose entre a indústria e a ciência. As publicações nestas áreas multiplicam-se e esta dissertação surgiu com o intuito de colmatar referências na área das máquinas elétricas, nomeadamente das Máquinas Multifásicas de Ímanes Permanentes. O trabalho realizado teve como objetivo principal perceber o estado da arte quanto aos métodos de diagnóstico de falhas nos ímanes permanentes de máquinas multifásicas de ímanes permanentes e, a partir de simulações criadas para o efeito, avaliar a possibilidade da criação de novas abordagens relativamente ao diagnóstico desta falha. O Capítulo 1 menciona o enquadramento do tema da dissertação, bem como, qual a motivação para a elaboração deste documento. O Capítulo 2 aborda quais os tipos de falhas que se podem encontrar nas máquinas em estudo, referindo as falhas elétricas, mecânicas e magnéticas. É apresentado também uma revisão geral dos métodos de diagnóstico já existentes, onde são abordados os diversos sinais já estudados e quais as conclusões retiradas para as máquinas em estudo, terminando com uma comparação entre eles. O Capítulo 3 inicia a descrição da máquina estudada, bem como qual foi o procedimento adotado para a realização das diversas simulações e análises aos diferentes estados simulados. Primeiramente, é descrita as duas falhas que induzimos na máquina, desmagnetização de um conjunto de ímanes de um polo e a sua totalidade, referindo qual o método utilizado para a criação de ambas. Numa segunda fase, são estudados quatro sinais: tensão do estator, tensão de neutros, corrente i_dq, fluxo encadeado e os erros de predição de corrente. O Capítulo 4 conclui este trabalho, enunciando as vantagens e desvantagens dos vários métodos, sumarizando as conclusões obtidas no Capítulo 3 relativas à variação dos métodos estudados com a velocidade da máquina, regime de carga e a severidade da carga, essencialmente. Por fim, são apontados quais os métodos que apresentam melhores características quanto ao diagnóstico de falha por desmagnetização dos ímanes permanentes para a máquina estudada, avaliação da tensão de neutros e os erros de predição de corrente.

The world is undergoing great change. There is currently a clear shift from an energy point of view. The growing bet on renewable energies, energy efficiency, electric mobility, amongst others means that innovation and development in these sectors are booming. Due to this, there is a symbiosis between industry and science. There are numerous publications in this area and this dissertation aims to add more knowledge in the field of electrical machines, namely multiphase permanent magnet machines. The main objective of the work carried out was to understand the state-of-the-art methods regarding diagnosing damage in the permanent magnets of permanent magnet multiphase machines and, based on simulations created for this purpose, to try to understand the possibility of creating new approaches regarding this malfunction. Chapter 1 mentions the framework and motivation that led us to carry out this dissertation, as well as the objectives outlined initially. Chapter 2 begins by addressing the types of malfunctions we can find in the machine's understudy, then referring to a general review of existing diagnostic methods, ending with a comparison between them based on various aspects. Chapter 3 begins with a complete description of the machine that we studied and what was the procedure adopted to carry out the different simulations and analyzes the different simulated states. Firstly, we describe the two faults that we induced in the machine, the demagnetization of a set of magnets from a pole and its entirety, referring to the method used to create both. In a second phase, four signals are studied: stator voltage, the voltage between neutrals, i_dq current, chained flux, and current prediction errors. Chapter 4 concludes this work, listing the advantages and disadvantages of the different methods, summarizing the conclusions obtained in Chapter 3 regarding the variation of the studied methods with the machine speed, load regime, and failure severity. Finally, it is pointed out which methods have the best characteristics regarding the fault diagnosis by demagnetization of the permanent magnets for the studied machine, evaluation of the neutral voltage, and current prediction errors.