Motores Síncronos de Ímãs Permanentes com Partida Direta da Rede

Transcrição

1 Máquinas Elétricas Especiais Motores Síncronos de Ímãs Permanentes com Partida Direta da Rede Line-Start PM Motors Prof. Sebastião Lauro Nau, Dr. Eng. Set 2017

2 Introdução - Foram inicialmente estudados nos anos 70 e 80; - São motores síncronos CA híbridos: possuem ímãs permanentes no seu interior e gaiola de esquilo igual a dos motores de indução; - Podem partir diretamente da rede, sem necessidade de conversor de freqüência: a gaiola do rotor produz torque acelerante que leva o rotor até uma rotação próxima à síncrona; - Podem ser trifásicos ou monofásicos; - Podem ser usados com conversores de freqüência para variação da velocidade: o controle pode ser do tipo V/f constante, sem necessidade de sensor de posição no eixo.

3 Introdução - Um motor síncrono (convencional ou de ímãs) sem enrolamentos amortecedores geralmente é instável e oscilará mesmo em operação normal. - Motores síncronos de ímãs permanentes são mantidos estáveis pelo conversor de freqüência. - Os motores de indução são inerentemente estáveis (são amortecidos). - Os motores de ímãs com gaiola de esquilo partem como um motor de indução, e operam em sincronismo como um motor síncrono, mantidos estáveis pela gaiola do rotor.

4 Características - São motores síncronos CA híbridos: possuem ímãs. permanentes e gaiola de esquilo no rotor. - O estator é igual ao dos motores de indução. - Podem ser trifásicos ou monofásicos. - Podem partir diretamente da rede, sem necessidade de conversor de freqüência. a gaiola do rotor produz torque assíncrono que acelera o motor até rotação próxima à síncrona. - O motor entra em sincronismo pela ação dos ímãs permanentes. - Ímãs de alta energia são necessários, para evitar desmagnetização - Geralmente necessita pré-magnetização - Inserção geralmente após a injeção do alumínio - A inclinação do rotor fica dificultada - Risco de desmagnetização durante partida e sincronização

5 - Elevado rendimento em relação a um motor de indução de mesma potência, na mesma carcaça. - As perdas no rotor são praticamente eliminadas, com uma potencial redução acima de 30% nas perdas. - Operação síncrona a velocidade é independente da variação de carga. - Alto fator de potência Vantagens - A velocidade do motor é diretamente proporcional à freqüência da fonte de alimentação (rede ou inversor). - Podem ser usados com conversores de freqüência para variação da velocidade: o controle pode ser do tipo V/f constante. - Não necessitam sensor de posição no eixo.

6 Limitações - Apresentam elevada pulsação de torque durante a aceleração, devido à interação com os ímãs permanentes estes geram um torque frenante no motor. - A inércia da carga afeta a sincronização o motor pode não entrar em sincronismo situação indesejada! - Máxima relação Jc/Jm = 30 (valor obtido por simulação) - Estes motores não são aptos a funcionar fora de sincronismo elevada pulsação de torque e ruído. - O torque máximo em sincronismo (rotação constante) é menor do que o torque máximo do motor de indução (rotação reduzida)

7 - O diagrama fasorial é o mesmo dos motores síncronos de polos salientes Diagrama Fasorial

8 Produção de Torque na Velocidade Síncrona Torque eletromag. Torque de relutância - a tensão e a freqüência são fixas - o torque é expresso como função do ângulo de carga δ - sem controle de campo orientado, não tem controle do ângulo de avanço - deve haver uma margem de estabilidade

9 Característica de Torque x Velocidade de um Motor LSPM - Em velocidades abaixo da síncrona, os ímãs exercem um torque frenante, que reduz o torque total do motor TORQUE/VELOCIDADE Velocidade [rpm*1e3] T_eixo T_gaiola T_frenante T_carga

10 Torque [Nm*100] Torque [Nm*100] Transitórios de Partida de um LSPM VELOCIDADE Tempo [s] TORQUE Tempo [s] CORRENTE DE FASE 1.75 TORQUE/VELOCIDADE Tempo [s] Velocidade [rpm*1e3]

11 Variação de Xd e Xq com a Corrente -Xq sofre grande variação com o aumento da corrente forte saturação redução do torque de relutância. - Xd varia muito pouco com a corrente (fraca saturação) a corrente aumenta, aumentando a desmagnetização do ímã.

12 LSPM - Resumo - A gaiola do rotor cria o torque acelerante durante a partida, e garante operação estável do motor em regime - Barras muito grandes deixam pouco espaço para os ímãs, em motores pequenos - Ímãs muito fortes exercem um torque frenante que pode impedir que o motor atinja o sincronismo - Há um compromisso entre tamanho das barras (para o torque acelerante) e espaço para os ímãs (para bom desempenho em regime) - Ao mesmo tempo, uma alta FEM é desejável para reduzir a corrente e melhorar o desempenho em regime - Os ímãs devem ser de alta energia para resistirem à desmagnetização durante partida e sincronização - Operação com conversor de freqüência é possível, sem necessidade do conhecimento da posição do rotor