MOTOR A RELUTÂNCIA CHAVEADO

Transcrição

1 MOTOR A RELUTÂNCIA CHAVEADO Joaquim Eloir Rocha 1

2 Introdução O Motor a Relutância Chaveado (MRC) ou SRM (Switched Reluctance Motor) é conhecido desde meados de 1940 quando seu primeiro protótipo foi desenvolvido na Escócia. Joaquim Eloir Rocha 2

3 Introdução Os motores elétricos podem ser classificados em duas categorias considerando como eles produzem torque: eletromagneticamente ou pela variação da relutância. Joaquim Eloir Rocha 3

4 Introdução No caso do torque eletromagneticamente produzido, o movimento é produzido pela interação de dois campos magnéticos, um gerado pelo estator e o outro pelo rotor. Esses dois campos tendem a se alinhar. Joaquim Eloir Rocha 4

5 Introdução No caso do torque de relutância, o movimento é produzido como resultado da relutância variável entre rotor e estator. No motor a relutância variável, o entreferro varia com a posição do eixo. Joaquim Eloir Rocha 5

6 Bobinas concentradas no estator e rotor com polos salientes. Joaquim Eloir Rocha 6

7 O número de polos do estator e do rotor são diferentes. Joaquim Eloir Rocha 7

8 Um fluxo magnético é produzido quando o enrolamento de uma das fases do estator é energizado. Como consequência, um torque de relutância é produzido pela tendência do rotor se mover para a posição de menor relutância. Joaquim Eloir Rocha 8

9 As fases de um MRC correspondem aos enrolamentos dos pólos diametralmente opostos, os quais são feitos, normalmente, em série e são percorridos por corrente contínua. Joaquim Eloir Rocha 9

10 As bobinas das fases são enroladas de forma a criarem pólos opostos no estator (Norte e Sul), gerando, em cada peça polar, uma força magnetomotriz que produzirá o fluxo no material magnético da máquina. Joaquim Eloir Rocha 10

11 O MRC é composto de pólos salientes tanto no estator quanto no rotor, geometria que é construída por pacotes de lâminas de aço-silício montados em planos perpendiculares ao eixo. Joaquim Eloir Rocha 11

12 Considerando a construção, o motor a relutância chaveado é o mais simples de todos os motores elétricos comerciais. Somente o estator tem enrolamentos e estes são concentrados. O rotor não contém condutores ou ímãs permanentes. Joaquim Eloir Rocha 12

13 Os motores a relutância chaveado são projetados de maneira similar aos motores de passo de relutância variável. Uma diferença é que o MRC é desenvolvido para utilização e rotação contínua e o MPRV é desenvolvido para posicionamento. Joaquim Eloir Rocha 13

14 Outras diferenças são: o motor a relutância chaveado possui menos polos, maior ângulo de passo e maior capacidade de potência. Costuma ser usado em eletrodomésticos como máquinas de lavar e ar condicionado, entre outras aplicações. Joaquim Eloir Rocha 14

15 Apenas com o advento da eletrônica de potência, a partir dos anos 1980, o motor a relutância chaveado se tornou comercial. Afinal, esse motor precisa ser eletronicamente comutado. Joaquim Eloir Rocha 15

16 Conversor em Meia Ponte Assimétrico Vcc Q2 D2 Q4 Q6 D4 D6 C filtro fase a fase b fase c Q1 D1 D3 Q5 D5 Q3 Joaquim Eloir Rocha 16

17 Estrutura de um acionamento de motor a relutância chaveado. Joaquim Eloir Rocha 17

18 O motor a relutância chaveado opera em sincronismo com o chaveamento. É necessário um sensor de posição conectado ao eixo do motor para informar ao controle o momento adequado para o acionamento das chaves. Joaquim Eloir Rocha 18

19 Sequência de acionamento das chaves. Joaquim Eloir Rocha 19

20 A direção do torque gerado é função da posição do rotor com relação à fase energizada. A direção do torque é independente da direção do fluxo de corrente através do enrolamento. Joaquim Eloir Rocha 20

21 Vantagens do MRC Baixo custo; Baixa inércia; Fácil manutenção; Baixas perdas no rotor; Alta relação conjugado / volume; Joaquim Eloir Rocha 21

22 Desvantagens do MRC Necessidade de se ter um sensor de posição no rotor; Complexidade no controle; Oscilações no conjugado; Altos níveis de ruído audível. Joaquim Eloir Rocha 22

23 Várias configurações de motor a relutância chaveado podem ser obtidas quando se varia o número de polos do estator e o número de polos do rotor. A consequência em aumentar o número de fases é reduzir a oscilação do torque, mas é necessário mais chaves. Joaquim Eloir Rocha 23

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25 Característica Torque-velocidade Joaquim Eloir Rocha 25

26 O torque disponível começa a diminuir com o inverso da velocidade quando a f.c.e.m do motor obriga a corrente a diminuir nos enrolamentos. Nessa região, a potência é máxima e constante. Na próxima região, o torque é reduzido com o quadrado da velocidade. Joaquim Eloir Rocha 26

27 A interpretação do gráfico de torque apresentado anteriormente é a de um envelope dentro do qual o motor funciona adequadamente. A equação que define o torque de operação leva em consideração a corrente e a variação da indutância com o deslocamento. Joaquim Eloir Rocha 27

28 O torque em determinado momento depende do valor do quadrado da corrente que circula pela bobina e a variação da indutância com o deslocamento angular do rotor. Joaquim Eloir Rocha 28

29 O torque é produzido pela força que está a noventa graus com o raio. Joaquim Eloir Rocha 29

30 A corrente é disponibilizada na bobina somente durante a variação da indutância. Isso justifica a necessidade do sensor de posição no rotor. A indutância da bobina do estator varia com a posição do rotor. Joaquim Eloir Rocha 30

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32 A modulação adotada para o acionamento dos transistores influencia no comportamento do torque. Joaquim Eloir Rocha 32

33 Conversor em Meia Ponte Assimétrico Joaquim Eloir Rocha 33

34 São três modos de funcionamento. Magnetização Freewheeling Desmagnetização Joaquim Eloir Rocha 34

35 Imagens obtidas do site da US motors. Joaquim Eloir Rocha 35

36 Comparação sem escala obtida do site da Siemens. Joaquim Eloir Rocha 36

37 Motor Linear a Relutância Chaveada É um conversor eletromecânico que gera torque por meio da tendência de sua parte móvel se deslocar para a posição na qual a indutância do enrolamento energizado é máxima, ou seja, onde a relutância magnética é mínima. Joaquim Eloir Rocha 37

38 Introdução O motor linear é usado para se evitar conversores mecânicos de movimento rotativo em linear. Joaquim Eloir Rocha 38

39 Introdução A ausência de engrenagens neste tipo de sistema melhora a exatidão no posicionamento, pois não há folgas. Joaquim Eloir Rocha 39

40 No esquema abaixo, o motor linear tem 4 fases. Joaquim Eloir Rocha 40