Author(s): Leitão, Júlio Martins
Date: 2017
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.21/7120
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico de Lisboa
Subject(s): Motor linear tubular; Máquina de ímanes permanentes; Método dos elementos finitos; Modelo analítico; Modelo numérico; Tubular linear motor; Permanent magnet machines; Finite element method; Analytical model; Numerical model
Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica, Ramo de Energia
Esta Tese descreve a aplicação do método dos elementos finitos ao estudo e análise de uma máquina linear tubular de ímanes permanentes. Apresentam-se algumas aplicações relevantes deste tipo de máquinas elétricas, nas áreas da energia, indústria e dos transportes. Neste trabalho desenvolve-se o modelo geométrico da máquina linear tubular recorrendo à ferramenta de desenvolvimento baseada no método dos elementos finitos, Finite Element Method Magnetics, FEMM©. O modelo de elementos finitos da máquina linear tubular é testado em ambiente de simulação numérica Matlab/Simulink®, que integra os componentes de um posicionador eletromecânico linear constituído pela máquina linear tubular, conversor de eletrónica de potência e sistema de controlo. Descrevem-se todas as sub-rotinas desenvolvidas para a integração do modelo de elementos finitos da máquina linear tubular no modelo de simulação numérica do posicionador eletromecânico linear. Desta forma, é possível obter de forma automática as suas características de funcionamento. O modelo de elementos finitos da máquina linear tubular desenvolvido, permitiu obter os parâmetros analíticos que modelam matematicamente o comportamento dinâmico da máquina elétrica, bem como algumas características internas, como sejam a força eletromotriz desenvolvida, a força de retenção e a força eletromagnética desenvolvida em função do ângulo de carga. O modelo de elementos finitos da máquina linear tubular contém um modelo geométrico paramétrico que, através da linguagem de programação Lua©, permitiu ajustar de forma automática todos os elementos construtivos do modelo geométrico às características conhecidas da máquina elétrica real.
Abstract: This thesis describes the finite element method application in the study and analysis of a permanent-magnet tubular linear machine. Some relevant applications of these electrical machines in the areas of energy, industry and transport are presented. In this work, a geometric model of the tubular linear machine is developed using the finite element method software, Finite Element Method Magnetics, FEMM©. The finite element model of the tubular linear machine is tested in numerical simulation environment Matlab/Simulink®, which integrates components of a linear electromechanical positioner formed by tubular linear machine, power electronic converter and control system. All the developed subroutines for the integration of the finite element model of the tubular linear machine in numerical simulation model of linear electromechanical positioner are described. This allows to obtain automatically its operating characteristics. The developed finite element model of the tubular linear machine allows the analytical parameters that mathematically model the dynamic behavior of the electric machine, as well as some internal characteristics of the machine, such as, the electromotive force, cogging force and the developed electromagnetic force as a function of the electric load angle. The finite element model of the tubular linear machine contains a parametric geometric modelthat, through the Lua©programming language, allowed to automatically adjust all the constructive elements of the geometric model to the real electrical machine known characteristics.
