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Thèse de Doctorat
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-21122009-131641
Document
Auteur
Nom complet
Eduardo Alves da Costa
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2009
Directeur
Jury
Cruz, José Jaime da (Président)
Alvarenga, Bernardo Pinheiro de
Campo, Alexandre Brincalepe
Nabeta, Silvio Ikuyo
Sales, Roberto Moura
Titre en portugais
Mancal magnético ativo aplicado a um motor de indução linear tubular.
Mots-clés en portugais
Controle (teoria de sistemas e controle)
Motores elétricos
Resumé en portugais
O Motor Assíncrono Tubular para Aplicação na Extração de Óleo do Subsolo MATÆOS foi desenvolvido na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP) com a função de acionar diretamente uma bomba de sucção, instalada no fundo de um poço de petróleo em terra. Dando continuidade aos trabalhos realizados na EPUSP envolvendo sistemas de levitação magnética, foi desenvolvido um mancal magnético ativo (AMB - Active Magnetic Bearing), aplicado ao protótipo do motor em substituição ao mancal mecânico tradicional existente. O projeto abrange a construção de um protótipo de mancal magnético composto das partes mecânicas, elétricas e de software necessárias ao funcionamento do sistema. O projeto do eletroímã foi realizado por meio do método dos elementos finitos (MEF), para análise da densidade de fluxo e da relação entre a força radial e a corrente elétrica nas bobinas. O controle da levitação do mancal é realizado por meio de controlador digital com placas conversoras AD/DA e algoritmo de controle implementado em hardware FPGA. Utilizando o modelo do sistema, os controladores são sintonizados para atender aos requisitos de estabilidade e rejeição de perturbações, que desviem o entreferro do seu valor nominal. Na configuração do AMB, ao invés do sistema tradicional com oito pólos, um conceito diferente é adotado. Neste, uma máquina primitiva bearingless é excitada com corrente contínua e usada como mancal magnético. Os resultados experimentais obtidos com o protótipo em funcionamento mostram que o sistema em malha fechada é estável e apresenta uma resposta transitória satisfatória.
Titre en anglais
Active magnetic bearing applied to a tubular linear induction motor.
Mots-clés en anglais
Active magnetic bearing
Bearingless motor
Feedback control system
Tubular linear induction motor
Resumé en anglais
A tubular linear induction motor applied to onshore oil exploitation, named MATÆOS (which is in the Portuguese acronym for Tubular Asynchronous Motor for Onshore Oil Exploitation) was built at Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP). Its purpose is to directly drive the sucker-rod pump installed in the down hole of the oil well. In continuing the research accomplished at EPUSP concerning magnetic levitation systems, an Active Magnetic Bearing (AMB) was developed and applied to the prototype of the motor in substitution to the existing traditional bearing. The design includes the construction of the magnetic bearing prototype composed of mechanical, electric and software components required to the operation of the system. The electromagnet design was accomplished using the Finite Element Method (FEM) in the analysis of both the flux density and the relationship between the radial force and the suspension winding current. The magnetic bearing levitation control is executed by a digital controller using an AD/DA converter and a control algorithm implemented in FPGA hardware. Using the system model, the controllers are tuned to provide both stability and rejection of disturbances that tend to move the air gap from its nominal value. Instead of the usual eight-pole AMB, a different concept is adopted where a DC-excited primitive bearingless machine is used as a magnetic bearing. The experimental results obtained with the prototype in operation show that the closed-loop system is stable and exhibits a satisfactory transient response.
 
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Date de Publication
2010-05-18
 
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  • COSTA, Eduardo Alves da, CHABU, I. E., and DA CRUZ, J.J. Active Magnetic Bearing for Tubular Linear Induction Motor Applied to Onshore Oil Exploitation. In ISMB 12 - The Twelfth International Sysmposium on Magnetic Bearings, Wuhan, China, 2010. Proceedings of the 12th International Symposium on Magnetic Bearings.Wuhan : Wuhan University of Technology Press, 2010.
  • COSTA, Eduardo Alves da, CHABU, Ivan Eduardo, and DA CRUZ, J.J. Application of active magnetic bearing for tubular linear induction motor in oil pumping. In 11th International Symposium on Magnetic Bearings - ISMB 11, Nara, 2008. Proceedings of the 11th International Symposium on Magnetic Bearings., 2008.
  • COSTA, Eduardo Alves da, DA CRUZ, J.J., and CHABU, Ivan e. Levitation Control of an Active Magnetic Bearing for a Tubular Linear Induction Motor. In Controlo 2010 - 9th Portuguese Conferene on Automatic Control, Coimbra, 2010. Controlo'2010 Proceedings., 2010.
  • Monaco, L.H., et al. Active Magnetic Bearing Control System for a Tubular Linear Induction Motor. In CLCA 2012 - XV Congreso Latinoamericano de Control Automático, Lima, 2012. Proceedings of the CLCA 2012., 2012.
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