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Hoje, muitos dispositivos continuam sendo acionados por motores de indução CA. No entanto, a maré está mudando, pois engenheiros e operadores de equipamentos escolhem cada vez mais tipos de motores de ímã permanente, principalmente por causa de seu tamanho menor e maior eficiência. Aplicações como ventiladores, sopradores e bombas estão especialmente bem alinhadas com os pontos fortes dos sistemas de acionamento de ímã permanente.
A Motor síncrono de ímã permanente é um motor síncrono CA que emprega ímãs permanentes para excitação de campo magnético. Esses motores são eficientes, sem escovas, rápidos e seguros, e também apresentam desempenho dinâmico muito bom. Com essas vantagens, os motores síncronos de ímã permanente encontram aplicações em uma ampla gama de campos.
Um motor síncrono de ímã permanente (PMSM) é um tipo de motor síncrono que usa ímãs permanentes como indutores. Em aplicações industriais, um motor síncrono de ímã permanente é um produto importante.
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O que é um motor síncrono de ímã permanente?
Um motor síncrono de ímã permanente (PMSM) é um tipo de motor sem escova altamente considerado por sua confiabilidade e eficiência. Possui rotor de ímã permanente, que oferece diversos benefícios como alto torque, tamanho compacto e dispensa de corrente de rotor. Em vez de usar enrolamentos, o rotor utiliza ímãs permanentes para criar um campo magnético rotativo. Este design torna o motor simples e econômico, pois elimina a necessidade de fonte de alimentação CC. Os PMSMs operam como motores síncronos CA, com a excitação do campo magnético fornecida por ímãs permanentes, resultando em uma forma de onda EMF reversa senoidal. Isso permite que o PMSM gere torque mesmo em velocidade zero. No entanto, para operar de forma eficiente, estes motores necessitam de um inversor controlado digitalmente.
Construção
Como todos os motores rotativos, os motores síncronos de ímã permanente são compostos por um rotor e um estator. A estrutura geral de um motor síncrono de ímã permanente se assemelha muito à de um motor síncrono padrão, com a principal distinção estando no projeto do rotor. Neste tipo de motor, o rotor não possui enrolamentos de campo magnético e, em vez disso, possui ímãs permanentes montados.
Esses ímãs permanentes servem para gerar pólos magnéticos dentro do motor. Normalmente, os ímãs permanentes utilizados em tais motores são feitos de materiais como samário, cobalto e neodímio, ferro, boro, devido à sua alta permeabilidade. Entre essas opções, o neodímio ferro boro é o ímã permanente mais utilizado devido à sua relação custo-benefício e ampla disponibilidade.
Os motores síncronos de ímã permanente operam com um princípio semelhante aos motores síncronos. Seu princípio de funcionamento é baseado na interação entre o campo magnético rotativo do estator e o campo magnético constante do rotor. Baseia-se no campo magnético rotativo para gerar um potencial elétrico em velocidades síncronas.
Ao energizar os enrolamentos do estator com uma alimentação elétrica trifásica, um campo magnético rotativo emerge dentro dos entreferros. Este campo induz torque à medida que os pólos do rotor travam em sincronia com o campo magnético rotativo a uma velocidade constante, resultando na rotação contínua do rotor. Dado que estes motores não possuem a capacidade de arrancar sozinhos, o fornecimento de uma fonte de alimentação de frequência variável é essencial para iniciar a operação.
Funcionalidades
-Não produz faíscas, mais seguro em ambientes explosivos
-Limpo, rápido e eficiente
-Mais compacto, eficiente e leve que o ACIM
-Projetado aplicações servo de alto desempenho
-Opera com ou sem codificador de posição
-Baixo ruído e EMI
-Desempenho suave em baixa e alta velocidade
-Combinado com Controle Orientado em Campo (FOC) para produção ideal de torque
Tipos
1. Classificação dos motores PMSM com base no projeto do rotor:
O rotor consiste em ímãs permanentes. Os ímãs permanentes são feitos de materiais de alta coercividade. Com base no design do rotor, os motores síncronos podem ser classificados como:
Motores com rotor de pólo magnético;
Motores sem rotor de pólo magnético.
Eles também podem ser classificados como:
Motores síncronos de ímã permanente interno
Nesta construção, ímãs permanentes são embutidos no rotor, conforme mostrado na figura abaixo. É adequado e robusto para aplicações de alta velocidade. O torque de relutância é devido à proeminência do motor.
Motor síncrono de ímã permanente de superfície.
Nesta configuração, os ímãs são montados na superfície do rotor. É adequado para aplicações de alta velocidade, mas não é robusto. O entreferro é uniforme, pois a permeabilidade dos ímãs permanentes e o entreferro são os mesmos. Nenhum torque de relutância e alto desempenho dinâmico o tornam adequado para equipamentos de alta velocidade, como robôs e acionamentos de ferramentas.
Classificação de motores PMSM com base no projeto do estator
O estator consiste em uma estrutura externa e um núcleo com enrolamentos. Os projetos mais comuns são enrolamentos bifásicos e trifásicos.
Dependendo do projeto do estator, os motores síncronos de ímãs permanentes podem ser:
Enrolamento distribuído;
Enrolamentos centralizados.
Controle de motor síncrono de ímã permanente
Como os motores síncronos de ímã permanente devem ser acionados com ondas senoidais, a complexidade do controle aumenta. Os motores síncronos de ímã permanente requerem um sistema de controle, como um inversor de frequência variável ou um servoconversor.
O sistema de controle abrange uma ampla gama de técnicas de controle, e a escolha do método de controle mais adequado depende em grande parte dos requisitos específicos do acionamento motorizado. Para tarefas mais simples, o controle trapezoidal com sensores Hall é comumente empregado, enquanto para otimizar o desempenho de um acionamento motorizado, o controle orientado ao campo é frequentemente preferido.
Na maioria dos casos, os PMSMs necessitam de um inversor de frequência variável para inicialização. Entretanto, alguns PMSMs são equipados com partidas tipo gaiola de esquilo no rotor, conhecidas como partidas de linha ou partidas automáticas. Estas configurações são frequentemente utilizadas como uma alternativa altamente eficiente aos motores de indução devido à ausência de escorregamento. No entanto, é crucial garantir que as velocidades síncronas sejam alcançadas e que o sistema possa suportar oscilações de torque durante o processo de partida.
Os motores síncronos possuem ímãs permanentes?
Em um motor síncrono de ímã permanente (PMSM), os ímãs permanentes colocados em um rotor de aço fornecem um campo magnético contínuo. O campo magnético rotativo é gerado pelos enrolamentos do estator acoplados à alimentação CA (o mesmo que em um motor assíncrono).
Vantagens dos motores síncronos de ímã permanente
As vantagens dos motores síncronos de ímã permanente incluem:
-Desempenho dinâmico em altas e baixas velocidades
-Alta densidade de potência
-Baixa inércia do rotor para fácil controle
-Sem ondulação de torque durante a comutação do motor
-Torque alto e suave
-Alta eficiência em altas velocidades
-Resistente ao desgaste
-Disponível em tamanhos pequenos em diferentes embalagens
-Fácil manutenção e instalação
-Mantém o torque total mesmo em baixas velocidades
-Alta fiabilidade
-Dissipação de calor eficiente
-Baixo nível de ruído
Aplicações
-As aplicações para motores síncronos de ímã permanente incluem:
-Compressores AC
-Direção assistida elétrica automotiva
-Máquinas-ferramentas
-Grandes sistemas de energia para melhorar o fator de potência adiantado e atrasado
Nos últimos anos, motores síncronos de ímã permanente (PMSMs) têm sido cada vez mais usados em drives de alto desempenho com o desenvolvimento de eletrônicos de estado sólido, processadores e tecnologias de computação inteligente. As vantagens dos PMSMs são estrutura simples, tamanho pequeno, alta eficiência e alto fator de potência.
