Desenvolvimento de um controlador para motor CC de ímanes permanentes para um kart elétrico

Abstract

Atualmente a mobilidade rodoviária de bens e de pessoas está numa fase de mudança de paradigma para sistemas de mobilidade elétrica. Pois existe uma crescente consciencialização dos impactos negativos da utilização de veículos automóveis com motor de combustão interna, no que respeita à economia e acima de tudo às consequências ambientais. Neste sentido, os sistemas de propulsão elétrica em veículos, perfilam-se como uma necessidade para inverter a dependência energética na mobilidade rodoviária assente em combustíveis fosseis. De forma que o mercado automóvel já expõe veículos elétricos (VE), que detêm emissões de gases de efeito de estufa quase nulo, silencioso e capazes de superar a performance dinâmica dos veículos convencionais. A aposta no desenvolvimento ou conversão de um kart elétrico, segue a tendência dos desportos motorizados na eletrificação dos veículos de competição e lazer. A presente Dissertação de Mestrado tem como objetivo a implementação de um Controlador para conversão de um kart convencional em elétrico. Os elementos constituintes para este tipo de VE, são a máquina elétrica responsável pela tração, a fonte de energia elétrica e conversor bidirecional responsável pelo controlo a energia transferida entres os elementos referidos anteriormente. Numa primeira fase do presente trabalho, são descritos e estudado os elementos constituinte deste do VE, com maior enfâse no conversor CC–CC bidirecional não isolado e também no controlo deste tipo de máquina CC. Assim, de forma a demonstrar a ação deste tipo de controladores, foram também realizadas várias simulações computacionais para analisar situações aproximadas da realidade, antes das mesmas serem implementadas na prática. Numa segunda fase, foram desenvolvidos protótipos de subsistemas analisados, implementados em hardware e analisado o respetivo comportamento. Foram também retiradas conclusões e feita uma análise dos mesmos resultados.

The growing awareness of the negative impacts when using vehicles with internal combustion engines is facilitating the shifting of the transportation paradigm towards electric mobility systems. This paradigm shifting is welcome due to global economic and environmental reasons. Electric propulsion systems for vehicles is profiling itself as a necessity to invert the energy dependence on road mobility based on fossil fuels. Such that the automotive market has introduced us with electric vehicles (EV) who’s emissions of greenhouse gases are nearly null. These vehicles are quiet and also able to deliver better dynamic performance than conventional vehicles. The focus on the development or conversion of an electric kart, follows this trend of motorsports in the electrification of the competition and leisure vehicles. The purpose of this Master Thesis is to develop a Controller, for converting a conventional kart into an electrical kart. The components for this type of EV are the electric machine which is responsible for traction, the source of electrical power and the bi-directional converter, responsible for controlling the flow of energy between the elements mentioned above. Initially, the elements of such a EV are studied and described, with higher emphasis on the non-isolated bidirectional converter and energy control for this DC machine. In order to understand the action of such controllers, computer simulations were carried out to predict the system’s behavior with significant accuracy when comparing with real systems. These simulations aimed to help the decision making process before the implementation phase. In a further stage, some prototypes were developed and implemented. These prototypes were also subjected to tests and some conclusions were drawn.