Análise de desempenho e perdas em máquinas pentafásicas com campo trapezoidal no entreferro comparadas com máquinas convencionais

Abstract

Neste trabalho é realizado um estudo dos mecanismos de perdas magnéticas em máquinas pentafásicas com campo magnético trapezoidal no entreferro. A indução magnética trapezoidal no entreferro pode ser obtida pela inclusão de uma componente de 3° harmônica no campo magnético, o qual pode ser proveniente da saturação magnética do ferro ou da injeção de corrente com componente de 3° harmônica. Sendo as perdas no ferro do estator relacionadas à variação do campo magnético nos dentes e na coroa deste, relações entre os harmônicos do campo do entreferro e do campo dos dentes e da coroa do estator são estudados. As perdas magnéticas no ferro são divididas em perdas por histerese, perdas por corrente parasita e perdas por excesso, sendo que, para cada uma destas o equacionamento das perdas foi expandido de modo a considerar a inclusão do efeitos de harmônicos, em especial do 3° harmônico, no campo magnético. São realizadas simulações para diversos materiais, para o modelo de um protótipo utilizando campo magnético senoidal e trapezoidal no entreferro a fim de se comparar o comportamento das perdas e a influencia dos harmônicos. Por fim são realizados ensaios no protótipo para comprovação experimental dos resultados.

This work presents a study on the magnetic losses in five-phase machines with a trapezoidal magnetic induction in the airgap. A trapezoidal magnetic induction in the airgap can be obtained by means of a third harmonic component in the magnetic induction, which can be generated by magnetic saturation of iron or by the injection of a stator current with third harmonic component. Being the iron losses of stator related to the magnetic field variation on teeth and stator core, relations between the harmonics in the airgap, teeth and stator core fields are derived and presented. The magnetic losses in the iron parts can be divided into three components: hysteresis losses, eddy currents losses and excess losses. The loss model of each loss component is extended to consider the inclusion of harmonic effects, especially those related to the third harmonic of the magnetic induction. Simulations have been performed for four different kinds of magnetic material using the finite element method and the data of a five phase prototype with trapezoidal and sinusoidal magnetic fields in airgap in order to compare the losses behavior and harmonics influence. The losses for the prototype considering a trapezoidal and sinusoidal magnetic field in airgap are determined and compared to test results.