Devido à sua compactação e alta densidade de torque, os motores síncronos de ímã permanente são amplamente utilizados em muitas aplicações industriais, especialmente para sistemas de acionamento de alto desempenho, como sistemas de propulsão submarinos.Os motores síncronos de ímã permanente dispensam o uso de anéis coletores para excitação, reduzindo a manutenção e perdas do rotor.Os motores síncronos de ímã permanente são altamente eficientes e adequados para sistemas de acionamento de alto desempenho, como máquinas-ferramentas CNC, robótica e sistemas de produção automatizados na indústria.
Geralmente, o projeto e a construção de motores síncronos de ímã permanente devem considerar a estrutura do estator e do rotor para se obter um motor de alto desempenho.
A estrutura do motor síncrono de ímã permanente
Densidade de fluxo magnético no entreferro:Determinado de acordo com o projeto de motores assíncronos, etc., o projeto de rotores de ímã permanente e o uso de requisitos especiais para comutação dos enrolamentos do estator.Além disso, assume-se que o estator é um estator com fenda.A densidade de fluxo do entreferro é limitada pela saturação do núcleo do estator.Em particular, a densidade de pico de fluxo é limitada pela largura dos dentes da engrenagem, enquanto a parte traseira do estator determina o fluxo total máximo.
Além disso, o nível de saturação permitido depende da aplicação.Normalmente, os motores de alta eficiência têm uma densidade de fluxo mais baixa, enquanto os motores projetados para densidade máxima de torque têm uma densidade de fluxo mais alta.O pico da densidade de fluxo do entreferro está geralmente na faixa de 0,7–1,1 Tesla.Deve-se notar que esta é a densidade de fluxo total, ou seja, a soma dos fluxos do rotor e do estator.Isto significa que se a força de reação da armadura for baixa, significa que o torque de alinhamento é alto.
Contudo, para conseguir uma grande contribuição de torque de relutância, a força de reação do estator deve ser grande.Os parâmetros da máquina mostram que grandes m e pequenas indutâncias L são necessárias principalmente para obter o torque de alinhamento.Isso geralmente é adequado para operação abaixo da velocidade base, pois a alta indutância reduz o fator de potência.
Material de ímã permanente:
Os ímãs desempenham um papel importante em muitos dispositivos, portanto, melhorar o desempenho desses materiais é muito importante, e a atenção está atualmente focada em terras raras e materiais à base de metais de transição que podem obter ímãs permanentes com altas propriedades magnéticas.Dependendo da tecnologia, os ímãs possuem diferentes propriedades magnéticas e mecânicas e apresentam diferentes resistências à corrosão.
Os ímãs NdFeB (Nd2Fe14B) e Samário Cobalto (Sm1Co5 e Sm2Co17) são os materiais magnéticos permanentes comerciais mais avançados disponíveis atualmente.Dentro de cada classe de ímãs de terras raras existe uma grande variedade de classes.Os ímãs NdFeB foram comercializados no início dos anos 1980.Eles são amplamente utilizados hoje em muitas aplicações diferentes.O custo deste material magnético (por produto energético) é comparável ao dos ímãs de ferrite e, por quilograma, os ímãs de NdFeB custam cerca de 10 a 20 vezes mais que os ímãs de ferrite.
Algumas propriedades importantes usadas para comparar ímãs permanentes são: remanência (Mr), que mede a força do campo magnético do ímã permanente, força coercitiva (Hcj), capacidade do material de resistir à desmagnetização, produto energético (BHmax), densidade de energia magnética ;Temperatura Curie (TC), a temperatura na qual o material perde seu magnetismo.Os ímãs de neodímio possuem maior remanência, maior coercividade e produto energético, mas geralmente são do tipo de temperatura Curie mais baixa. O Neodímio trabalha com Térbio e Disprósio para manter suas propriedades magnéticas em altas temperaturas.
Projeto de motor síncrono de ímã permanente
No projeto de um motor síncrono de ímã permanente (PMSM), a construção do rotor de ímã permanente é baseada na estrutura do estator de um motor de indução trifásico sem alterar a geometria do estator e dos enrolamentos.As especificações e geometria incluem: velocidade do motor, frequência, número de pólos, comprimento do estator, diâmetros interno e externo, número de ranhuras do rotor.O projeto do PMSM inclui perda de cobre, EMF traseiro, perda de ferro e indutância própria e mútua, fluxo magnético, resistência do estator, etc.
Cálculo de autoindutância e indutância mútua:
A indutância L pode ser definida como a razão entre a ligação do fluxo e a corrente produtora de fluxo I, em Henrys (H), igual a Weber por ampere.Um indutor é um dispositivo usado para armazenar energia em um campo magnético, semelhante à forma como um capacitor armazena energia em um campo elétrico.Os indutores geralmente consistem em bobinas, geralmente enroladas em torno de um núcleo de ferrite ou ferromagnético, e seu valor de indutância está relacionado apenas à estrutura física do condutor e à permeabilidade do material por onde passa o fluxo magnético.
As etapas para encontrar a indutância são as seguintes:1. Suponha que haja uma corrente I no condutor.2. Use a lei de Biot-Savart ou a lei das malhas de Ampère (se disponível) para determinar que B é suficientemente simétrico.3. Calcule o fluxo total conectando todos os circuitos.4. Multiplique o fluxo magnético total pelo número de loops para obter a ligação do fluxo e realize o projeto do motor síncrono de ímã permanente avaliando os parâmetros necessários.
O estudo descobriu que o projeto de usar NdFeB como material do rotor do ímã permanente CA aumentou o fluxo magnético gerado no entreferro, resultando em uma redução no raio interno do estator, enquanto o raio interno do estator usando o samário cobalto permanente o material do rotor magnético era maior.Os resultados mostram que a perda efetiva de cobre no NdFeB é reduzida em 8,124%.Para o samário-cobalto como material magnético permanente, o fluxo magnético será uma variação senoidal.Geralmente, o projeto e a construção de motores síncronos de ímã permanente devem considerar a estrutura do estator e do rotor para se obter um motor de alto desempenho.
para concluir
O motor síncrono de ímã permanente (PMSM) é um motor síncrono que utiliza materiais altamente magnéticos para magnetização e possui características de alta eficiência, estrutura simples e fácil controle.Este motor síncrono de ímã permanente tem aplicações em tecnologia de tração, automotiva, robótica e aeroespacial.A densidade de potência dos motores síncronos de ímã permanente é maior do que a dos motores de indução da mesma classificação porque não há potência no estator dedicada à geração do campo magnético..
Atualmente, o projeto do PMSM requer não apenas maior potência, mas também menor massa e menor momento de inércia.
Horário da postagem: 01/07/2022