Modelagem e análise do sistema de acionamento de uma máquina pentafásica

Abstract

Este trabalho aborda o estudo e a simulação de um inversor pentafásico com acionamento pelo método do controle por campo orientado para uma máquina YASA (Yokeless and Segmented Armature) pentafásica voltada para tração elétrica. São apresentadas características da topologia YASA e de máquinas multifásicas, topologias de inversores, técnicas de modulação e técnicas de controle. O sistema de acionamento foi desenvolvido de forma teórica e implementado na plataforma Simulink integrada com o MATLAB. Com o intuito de validar a simulação realizada, os resultados obtidos foram comparados com ensaios práticos realizados em outros trabalhos. O trabalho também faz a comparação da máquina pentafásica com a mesma máquina, porém em ligação trifásica, visto que a máquina utilizada permite a ligação em 3, 5 ou 15 fases. O sistema de acionamento utilizado baseia-se na obtenção de parâmetros da máquina no referencial bifásico síncrono, empregando as transformadas de Clarke e Park, para o controle por orientação de campo (Field Oriented Control - FOC) juntamente com a modulação vetorial espacial (Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM)). As comparações com os ensaios experimentais e com curvas teóricas possibilitaram comprovar a fidelidade da simulação tanto com ensaios práticos realizados quanto com modelos teóricos. O estudo de caso demonstrou que, quando comparado ao sistema trifásico, o sistema pentafásico pode operar com tensão reduzida para obter a mesma potência de saída na máquina, sendo para o caso estudado 5/3 menor; além disso, para casos específicos de operação, observou-se uma redução de aproximadamente 27% nas perdas nas chaves de potência.

This work presents the study and simulation of a five-phase inverter driven by a fieldoriented control method, applied to a five-phase YASA (Yokeless and Segmented Armature) machine designed for electric traction. Characteristics of the YASA topology and multiphase machines are discussed, along with inverter topologies, modulation techniques, and control strategies. The drive system was theoretically developed and implemented in the Simulink platform integrated with MATLAB. To validate the simulation, the obtained results were compared with experimental tests reported in previous studies. The work also compares the five-phase operation of the machine with its three-phase configuration, considering that the selected machine supports 3-, 5-, and 15-phase connections. The control system is based on obtaining machine parameters in the synchronous two-phase reference frame, employing Clarke and Park transformations for Field-Oriented Control (FOC), along with Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM). The comparisons with experimental data and theoretical curves confirmed the accuracy of the simulation in representing both practical and analytical models. The case study demonstrated that when compared to the three-phase system, the five-phase system can operate with reduced voltage to obtain the same output power in the machine, being 5/3 lower for the case studied; in addition, for specific operating cases, a reduction of approximately 27% in losses in the power switches.