Projeto e implementação de um inversor trifásico para motor BLDC aplicado a protótipo veicular de competição universitária

Abstract

Os veículos elétricos foram criados antes mesmo dos populares veículos a combustão interna. Apresentando características vantajosas e atrativas, como o baixo ruído e alta confiabilidade, conquistaram o mercado norte-americano no início do século XX, contudo, sua baixa autonomia e a falta de infraestrutura de carrregamento fizeram com que os os veículos de tração elétrica cedessem a liderança de mercado aos veículos a combustão. A volatilidade nos preços de combustíveis fósseis e a crescente preocupação com a temática ambiental ao final do século XX, resgataram os veículos elétricos como uma alternativa econômica e sustentável para o setor de transportes. Ademais, o rápido avanço no desenvolvimento de tecnologias aplicadas ao setor, conferiu aos veículos elétricos atrativos importantes, como o aumento da autonomia das baterias e a eficiência energética elevada. No intuito de incentivar o desenvolvimento tecnológico e o uso de energias sustentáveis, a Shell Eco-Marathon promove anualmente competições entre equipes universitárias, desafiando estudantes a projetarem protótipos veiculares, de tração elétrica e a combustão, de alta eficiência energética. A equipe Eficem representa a Universidade Federal de Santa Catarina, campus de Joinville, na Shell Eco-Marathon. Com importantes conquistas em sua história, como o atual recorde latino-americano de eficiência energética, alcançado pelo protótipo elétrico Setta Energy, a Eficem busca melhorar seus resultados continuamente. Desenvolvido em parceria com o Grupo de Energias Renováveis (GREEN), o sistema de tração do protótipo elétrico Setta Energy ainda é utilizado na equipe, no protótipo sucessor, nomeado Eletronice, contudo, o projeto apresenta falhas em sua construção. Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo desenvolver um novo projeto de controlador do motor elétrico, sucessor do atual controlador da equipe, corrigindo as falhas do projeto atual e visando alcançar resultados cada vez melhores. Este trabalho apresenta o processo de desenvolvimento do esquemático elétrico do inversor trifásico, montagem e prototipagem para teste em bancada e desenvolvimento do software embarcado, assim como o projeto de layout da placa de circuito impresso para produção, montagem e testes finais.

Electric vehicles were created even before popular internal combustion vehicles. Presenting advantageous and attractive characteristics, such as low noise and high reliability, they conquered the North American market at the beginning of the 20th century, however, its low autonomy and lack of charging infrastructure caused electric prupulsion vehicles to cede market leadership to internal combustion vehicles. The volatility in fossil fuel prices and the concern about the environmental theme at the end of the 20th century, rescued electric vehicles as an economical and sustainable alternative for transportation. Moreover, the fast advance in the development of technologies applied in this sector gave to electric vehicles important attractions, such as the increase of the battery life and high energy efficiency. In order to encourage the technological development and the use of sustainable energy, the Shell Eco-Marathon annually promotes competitions between university teams, challenging students to design vehicle prototypes, driven by electric traction or internal combustion, with high energy efficiency. The Eficem team represents the Federal University of Santa Catarina, campus of Joinville, at Shell Eco-Marathon. With important achievements in its history, as the current Latin American record of energy efficiency, achieved by electric prototype Setta Energy, Eficem seeks to improve its results continuously. Developed in partnership with the Renewable Energy Group (GREEN), the system of the electric prototype Setta Energy is still used, in the successor prototype named Eletronice, however, the project has flaws in its construction. In this context, this work aims to develop a new project of the electric motor controller, successor of the current team controller, correcting the failures of the current project and aiming to achieve better results. This work presents the development process of the electric schematic of the three-phase inverter, assembly and prototyping for bench test, and software development, as well as the layout design of the printed circuit board for production, assembly and final testing.