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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43141
ORCID: | ![]() |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Geradores lineares tubulares a pistão livre: modelagem harmônica e análise da densidade de fluxo magnético de um arranjo Halbach |
Alternate title (s): | Free-piston tubular linear generators: modeling harmonic and magnetic flux density analysis of a Halbach arrangement |
Author: | Souza, Williamar Prazeres |
First Advisor: | Gomes, Luciano Coutinho |
First member of the Committee: | Lima, Gustavo Brito de |
Second member of the Committee: | Santos, Marcelo Braga dos |
Third member of the Committee: | Freitas, Marcos Antônio Arantes de |
Summary: | Geradores lineares a ímã permanente são conhecidos por sua eficiência, construção compacta e capacidade de usar diferentes tipos de acionamentos para geração de energia. Este estudo concentra-se na modelagem e análise de um gerador elétrico linear poligonal a imã permanente acionado a pistão livre. O modelo de projeto do gerador foi definido, a partir de bases matemáticas analíticas visando a obtenção do comportamento da máquina de acordo com a densidade de fluxo magnético presente no processo de geração, bem como nas simulações em softwares específicos para análise de máquinas elétricas. Neste estudo, os ímãs do gerador foram moldados utilizando uma configuração baseada no arranjo do tipo Halbach. O gerador projetado possui um eixo linor poligonal com doze fileiras de imãs de Neodímio dispostos de maneira a formar dois passos polares magnéticos. Para verificar o desempenho, foram realizadas análises numéricas utilizando o método dos elementos finitos no software ANSYS® Maxwell. Além do mais, o modelo dinâmico completo foi implementado usando o Matlab®, por meio do Simulink®. O sistema foi controlado utilizando uma fonte controlada de corrente - conversor CA/CC. A construção do protótipo do gerador é baseada nos resultados gerados por meio das análises matemáticas da modelagem harmônica e dos métodos numéricos simulados. Os valores dos parâmetros eletromagnéticos, como corrente, tensão, densidade magnética e potência, foram obtidos na frequência mecânica ressonante, com base na força de impulsão do linor prevista na construção futura do motor a pistão livre a ser acoplado ao gerador, que ocorrerá a uma frequência de 33,8978 Hz. Em seguida, os dados foram analisados para avaliar o desempenho do gerador. As conclusões demonstram resultados satisfatórios de acordo com o método dos Elementos Finitos e o modelo dinâmico de simulação escolhidos, haja vista que o protótipo do gerador segue em construção. |
Abstract: | Permanent magnet linear generators are known for their efficiency, compact construction and ability to use different types of drives for power generation. This study focuses on the modeling and analysis of a free piston driven permanent magnet linear polygonal electric generator. The generator design model was defined based on analytical mathematical bases aiming at obtaining the behavior of the machine according to the magnetic flux density present in the generation process, as well as on simulations in specific software for analysis of electrical machines. In this study, the generator magnets were molded using a configuration based on the Halbach type arrangement. The designed generator has a polygonal linear axis with twelve rows of Neodymium magnets arranged in such a way as to form two magnetic polar steps. In order to verify the performance, numerical analyses were performed using the finite element method in the ANSYS® Maxwell software. Furthermore, the complete dynamic model was implemented using Matlab®, through Simulink®. The system was controlled using a controlled current source - AC/DC converter. The construction of the generator prototype is based on the results generated through mathematical analyses of harmonic modeling and numerical simulation methods. The values of electromagnetic parameters, such as current, voltage, magnetic density and power, were obtained at the resonant mechanical frequency, based on the thrust force of the linor predicted in the future construction of the free piston engine to be coupled to the generator, which will occur at a frequency of 33.8978 Hz. The data were then analyzed to evaluate the generator performance. The conclusions demonstrate satisfactory results according to the Finite Element method and the dynamic simulation model chosen, given that the generator prototype is still under construction. |
Keywords: | Geradores Lineares Tubulares Pistão Livre Modelagem matemática dos harmônicos Densidade de Fluxo Magnético Arranjo Halbach Tubular Linear Generators Free Piston Mathematical modeling of harmonics Magnetic Flux Density Halbach Arrangement |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA |
Subject: | Engenharia elétrica Ímãs Geradores hidrelétricos Circuitos magnéticos |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica |
Quote: | SOUZA, Williamar Prazeres. geradores lineares tubulares a pistão livre: modelagem harmônica e análise da densidade de fluxo magnético de um arranjo Halbach. 2024. 97 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.560. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.560 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43141 |
Date of defense: | 2-Aug-2024 |
Sustainable Development Goals SDGs: | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica |
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