Algorithm for regenerative braking of a permanent magnet synchronous machine

Resumo: A proteção ambiental e o melhor uso dos recursos energéticos são áreas de pesquisa de grande atividade. Como resultado destas pesquisas o desenvolvimento de veículos elétricos (VE) e híbridos (VEH) têm se acelerado. Estes possuem problemáticas desafiadoras, como baixa autonomia, a conversão de energia, o controle do veículo, o gerenciamento e distribuição da energia dentro dele, assim como o ”design” tanto estético quanto mecânico e econômico. Este conjunto de problemáticas inspirou este projeto de mestrado que tem como objetivo o estudo e elaboração de um algoritmo para frenagem regenerativa (FR) de uma máquina síncrona de imã permanente brushless (BLDC). Motivados nas características que a estratégia de FR proporciona ao VE, entre estas, o aumento na autonomia e a melhora do desempenho mecânico e eletrônico do mesmo já que quando a FR é ativada recupera-se uma parte da energia cinética durante a desaceleração através da máquina elétrica operando como gerador. Com base no anterior este trabalho foi desenvolvido em várias etapas: principalmente ao abranger os conceitos sobre frenagem regenerativa; estudar o motor BLDC desde seu modelo, acionamento e identificação das características mais relevantes com respeito a outros motores elétricos. Seguido do projeto da parte mecânica do sistema, que compreende a transmissão e a inércia, para ser envolvidos no modelo simulado. Assim como o desenvolvimento dos algoritmos para o acionamento do motor, onde serão monitoradas a velocidade e a posição do rotor, com o fim de controlar sua aceleração e desaceleração. Posteriormente um algoritmo para frenagem regenerativa, onde é monitorado o estado do motor e executam-se as decisões lógicas tanto para redirecionamento de energia, quanto para controle da frenagem. O resultado obtido foi que o algoritmo para FR regenera parte da energia cinética envolvida durante a desaceleração, além de que gerencia o funcionamento de todo o processo e subprocessos durante a aceleração, velocidade constante e desaceleração passo a passo e minimiza o consumo de energia em cada desaceleração.Abstract: Environmental protection and optimal energy resources are great activity research areas. As a result of these researches, electric vehicles (EVs) and hybrid (HEV) developments have been accelerated. They have challenging problems such as low autonomy, power conversion, vehicle control, energy management and distribution within it, as well as the esthetic and mechanical design and also the economic issues. This set of problems inspired this master’s project which is aimed to study and elaborate an algorithm for regenerative braking (RB) in a synchronous permanent magnet brushless machine (BLDC). Motivated in the RB strategy characteristics that provides to the EV, such as, autonomy increased, mechanical and electronic performance improvement just when the RB is activated and part of the kinetic energy is recovered through the electric maquine as a generator. This work was developed in several stages: mainly cover the regenerative braking concepts; study the BLDC motor from its model, driver and outstanding features identification respect others electric motors. Followed by the mechanical design of the system, which includes the transmission and inertia, to be included in the simulated model. Just as the development of the algorithms for the motor drive, where will be monitored speed and rotor position, in order to control its acceleration and deceleration. Subsequently a management regenerative braking algorithm, which monitors the engine state, and excecute the logical decisions for redirecting the energy, and for braking control. As a result it was found that when the electrical machine operates as a generator part of the kinetic energy is recovered during deceleration. And also it was able to prove that the algorithm manages the whole process operation since the acceleration, constant velocity and deceleration step by step, while minimizing energy consumption in every downturn