Sistema de tração para veículos elétricos baseado em máquina síncrona de relutância com imanes permanentes

Abstract

A energia elétrica está cada vez mais presente no quotidiano, quando outrora era usada maioritariamente a nível industrial e para iluminação pública. A proliferação do seu uso atingiu um ponto em que se tornou um bem essencial para o nosso estilo de vida. No entanto, o aumento das necessidades energéticas leva a um aumento da escassez de recursos como os combustíveis fósseis, recursos estes que são os principais responsáveis pela poluição ambiental, contribuindo para o efeito de estufa. No setor dos transportes, um dos elementos responsáveis por diminuir a dependência dos combustíveis fósseis são os veículos elétricos (VEs), convertendo a mobilidade de um panorama fortemente movido a combustíveis fósseis para a energia elétrica, que, apesar de ser parcialmente proveniente de combustíveis fósseis, é convertida com maior eficiência relativamente aos veículos com motor de combustão interna. Com a possibilidade de o VE integrar sistemas de carregamento que permitam operação bidirecional, o VE pode ser uma mais-valia muito significativa para a rede elétrica, podendo também vir a ser um elemento fulcral para contribuir para a melhoria da qualidade da energia elétrica. Devido à importância dos VEs, os elementos elétricos constituintes dos mesmos estão sob constante investigação, idealizando novas topologias de conversores, máquinas elétricas, baterias e combinações de ligação entre conversores para carregamento baterias. Assim sendo, este documento visa complementar e aprofundar o estudo de um sistema de tração para VEs com base na máquina síncrona de relutância com ímanes permanentes. Este tipo de máquina elétrica resulta da combinação da máquina síncrona de ímanes permanentes e da máquina síncrona de relutância, sendo selecionada devido ao facto de ser uma topologia de máquina elétrica emergente no paradigma dos VEs. O sistema de tração é validado inicialmente com recurso a simulações computacionais e posteriormente é validado recorrendo a um protótipo em bancada previamente desenvolvido no laboratório do Grupo de Eletrónica de Potência e Energia (GEPE) da Universidade do Minho.

Electricity is increasingly present in everyday life, when in the past it was mostly used at the industrial level and for public lighting. The proliferation of its use has reached a point where it has become an essential commodity for our lifestyle. However, the increase in energy needs leads to an increase in the scarcity of resources such as fossil fuels, resources that are primarily responsible for environmental pollution, contributing to the greenhouse effect. In the transport sector, one of the elements responsible for reducing dependence on fossil fuels are electric vehicles (EVs), converting mobility from a landscape heavily powered by fossil fuels to electric energy, which, despite being partially derived from fossil fuels, is converted more efficiently than vehicles with internal combustion engine. With the possibility of EVs integrating charging systems that allow bidirectional operation, EVs can be a very significant asset to the power grid and can also become a key element in contributing to the improvement of electric power quality. Due to the importance of EVs, the electrical elements that constitute them are under constant investigation, idealizing new topologies of converters, electrical machines, batteries, and combinations of connection between converters for charging batteries. Therefore, this paper aims to complement and deepen the study of a traction system for EVs based on the permanent magnet synchronous reluctance machine. This type of electrical machine results from the combination of the permanent magnet synchronous machine and the synchronous reluctance machine and is selected due to the fact that it is an emerging electrical machine topology in the EV paradigm. The traction system is initially validated using computer simulations and is later validated using a bench prototype previously developed in the laboratory of the Group of Energy and Power Electronics (GEPE) of the University of Minho.