Projeto ótimo de motor de relutância variável monofásico validado por elementos finitos

Orientadora: Profª Dra. Juliana Almansa MalagoliDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa : Curitiba, 25/07/2022Inclui referênciasResumo: A utilização de motores de relutância variável é uma alternativa que tem ganhado espaço entre outros motores elétricos em aplicações que necessitam de variação de velocidade, alto rendimento e robustez, por sua construção simples e custo baixo. O motor de relutância variável é uma máquina elétrica que induz polos magnéticos não permanentes no ferromagnético do rotor, onde não possui enrolamentos. Este trabalho apresenta a fundamentação teórica e os procedimentos do projeto convencional do motor de relutância variável monofásico. Além disso foram desenvolvidos três estudos de aplicação e para cada estudo de aplicação há três projetos de motor de relutância variável monofásico, sendo, o projeto convencional feito a partir das equações construtivas, não otimizadas, o projeto ótimo com a aplicação do algoritmo evolucionário de Evolução Diferencial e outro projeto ótimo utilizando o algoritmo evolucionário de Otimização por Enxame de Partículas. O projeto do motor de relutância variável monofásico convencional é igual nos três estudos de aplicação, entretanto os projetos ótimos são diferentes. Cada estudo de aplicação tem seu objetivo em particular otimizado, sendo minimização das perdas de potência total nas bobinas, maximização da eficiência energética e a minimização do volume do motor, respectivamente. Os resultados obtidos dos projetos convencionais e dos projetos ótimos do mesmo estudo de aplicação são simulados e validados pelo software FEMM (Finite Element Method Magnetics) baseado na análise da densidade de fluxo magnético nos motores projetados. Finalmente os projetos desenvolvidos em cada estudo de aplicação são comparados entre eles. Em todas as comparações realizadas, constatou-se que o algoritmo de ED apresentou resultados ligeiramente melhores para as funções mono-objetivas propostas.Abstract: The use of variable reluctance motors is an alternative that has been gaining space among other electric motors in applications that require speed variation, high performance, and robustness, due to its simple construction and low cost. The variable reluctance motor is an electric machine that induces non-permanent magnetic poles in the ferromagnet of the rotor, where it has no windings. This paper presents the theoretical background and procedures of the conventional design of the single-phase variable reluctance motor. In addition, three application studies were developed and for each application study there are three designs of single phase variable reluctance motor, being, the conventional design made from the constructive equations, not optimized, the optimal design with the application of the evolutionary algorithm of Differential Evolution and another optimal design using the evolutionary algorithm of Particle Swarm Optimization. The design of the conventional single-phase variable reluctance motor is the same in all three application studies, however the optimal designs are different. Each application study has its particular goal optimized, being minimization of total power losses in the coils, maximization of energy efficiency, and minimization of motor volume, respectively. The results obtained from the conventional designs and the optimal designs of the same application study are simulated and validated by the FEMM (Finite Element Method Magnetics) based on the analysis of the magnetic flux density in the designed motors. Finally the designs developed in each application study are compared with each other. In all the comparisons performed, it was found that the ED algorithm showed slightly better results for the proposed single-objective functions