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PM Motores têm, hoje em dia, se juntado ao setor industrial também. Diferentemente dos motores de indução, nos motores PM, o rotor tem ímãs acoplados que criam o campo quando a operação é iniciada. Este artigo fornece insights sobre os conceitos, princípios e componentes-chave envolvendo motores PM.
A diferença mais fundamental entre motores PM e motores de indução diz respeito ao método de criação do campo magnético. Os motores de indução utilizam um campo rotativo induzido nos enrolamentos do estator para induzir correntes dentro do rotor, que então interagem com o campo do estator para criar uma força motriz. Uma das características peculiares dos motores de indução é que uma diferença de velocidade deve estar presente entre o rotor e o campo magnético para induzir a corrente. Devido a esse fato, eles funcionam bem quando acoplados a acionamentos de frequência variável para obter uma mudança na velocidade.
Motores magnéticos, também chamados de motores PM, criam campos com a ajuda de ímãs no rotor e, portanto, não requerem campo de estator para ligar o fluxo. Este design naturalmente adaptado se presta a uma maior eficiência em aplicações que exigem variação de velocidade. Com base no posicionamento do ímã, há duas formas primárias de motores magnéticos permanentes: Motores magnéticos permanentes de superfície e Motores magnéticos permanentes internos. A durabilidade, a potência magnética e as características eletromagnéticas dos motores variam com o tipo.
Para entender a operação dos motores PM, alguns conceitos importantes relacionados a fluxo, ligação de fluxo e campos magnéticos precisam ser compreendidos.
Um campo é criado quando uma corrente passa por um condutor. Fluxo é uma medida da taxa de transferência de uma característica através de uma área. Para motores, fluxo é a rapidez com que o campo magnético é espalhado pela área da superfície dos fios.
Flux linkage é uma interação de um campo magnético com um material, como passar por uma bobina. Depende do número de voltas no enrolamento e do fluxo magnético, que é frequentemente representado pelo símbolo ϕ que mostra o valor do fluxo com o tempo. A fórmula para encontrar o flux linkage é λ = N × ϕ, onde λ é o flux linkage, N é o número de voltas e ϕ é o fluxo.
Diagrama de campo magnético mostrando como o magnetismo está se movendo ao redor do espaço de um condutor. Em motores magnéticos, ímãs são colocados presos à superfície do rotor para criar o campo.
Ao discutir as características dos motores PM, é importante levar em consideração os conceitos de indutância e EMF.
Indutância, L: É a constante de proporcionalidade da tensão induzida em relação às mudanças na corrente. Em outras palavras, a indutância é a ligação de fluxo por unidade de corrente. Ela está relacionada às propriedades geométricas: o caminho da corrente, e é medida em Henry (H). A indutância em motores PM pode ser diferenciada em indutância do eixo d e indutância do eixo q de acordo com a posição do rotor e dos polos magnéticos.
Back EMF: A tensão é induzida dentro dos enrolamentos do estator por causa do movimento relativo entre o campo magnético do rotor e os enrolamentos do estator durante a rotação do motor. No caso de motores PM, o campo magnético é de ímãs permanentes no rotor; portanto, as tensões serão induzidas nos enrolamentos do estator enquanto o rotor estiver em movimento. Isso causa um back EMF que aumenta linearmente com o aumento da velocidade do motor, tornando-se um fator-chave na determinação da velocidade máxima de operação do motor.
Existem dois eixos importantes empregados para a descrição das características eletromagnéticas dos motores PM.
Eixo D (Eixo Direto): Ele fica ao longo da direção do fluxo principal do motor. A indutância do eixo D corresponderá ao valor da indutância quando o fluxo flui através do polo magnético.
Eixo Q (Eixo de Quadratura): Corresponde à direção principal de geração de torque do motor. A indutância do eixo Q corresponderá ao valor da indutância quando o fluxo flui entre os polos magnéticos.
Para motores PM de ímã interno, os valores de indutância do eixo d e do eixo q são diferentes porque a presença de ímãs reduz o material do núcleo ao longo do eixo d, reduzindo assim a indutância. Para motores PM de superfície, os valores de indutância do eixo d e do eixo q são quase idênticos, pois os ímãs estão no exterior do rotor e não impactam a conexão do campo magnético do estator ao núcleo.
A saliência magnética é uma medida da variação relativa da indutância do eixo d e do eixo q em relação à posição do rotor. Uma das considerações de projeto mais importantes para motores PM é a saliência magnética. Na maioria dos casos, ela é máxima em um ângulo elétrico de 90 graus, onde a diferença entre a indutância do eixo q e do eixo d é maior.
Os dois principais componentes do torque desenvolvido dentro dos motores PM são o torque magnético e o torque de relutância. O torque magnético é devido à interação entre o fluxo magnético do rotor e a corrente do enrolamento do estator. O torque de relutância tem sua origem na preferência do eixo do rotor em se alinhar ao longo do campo de fluxo do estator. O torque de saída real do motor será decidido por ambos.
As diferenças mais básicas em motores PM residem no fato de que com o aumento da corrente de carga, os valores de indutância dos eixos d e q são reduzidos devido à saturação magnética no material do núcleo. Além de uma certa magnitude de fluxo, a indutância do núcleo não aumenta mais e também pode ser reduzida.
Enfraquecer o fluxo é uma técnica que diminui o campo de fluxo para diminuir o EMF traseiro para permitir velocidades mais altas. Normalmente, essa operação precisa de corrente extra no motor e, ao mudar a direção da corrente no eixo d, o motor pode enfraquecer ou fortalecer o fluxo por demandas operacionais.
Os motores PM podem ser divididos em tipos estruturais: motores de ímãs internos e motores de ímãs de superfície. Cada tipo estrutural de motor PM tem vantagens e desvantagens relativas, a escolha frequentemente relacionada à aplicação. Por exemplo, em tais aplicações onde alta resistência mecânica em altas velocidades é exigida, o ideal será o projeto com os ímãs embutidos dentro do rotor, enquanto os motores de ímãs de superfície são mais fáceis de decifrar e resultam em custos mais baixos.
O desempenho dos motores PM depende em grande parte dos materiais magnéticos. Materiais magnéticos permanentes geralmente usados em motores PM, como neodímio ferro boro (NdFeB) e samário cobalto (SmCo), são diferentes em características: o desempenho magnético e a resistência a altas temperaturas variam. Nesse sentido, a seleção do material magnético está profundamente relacionada ao cenário de aplicação e, portanto, deve ser escolhida apropriadamente durante o processo de design do motor.
Com o desenvolvimento avançado no campo das tecnologias de acionamento, os modernos acionamentos CA de velocidade variável também são capazes de autodetecção e até mesmo controle de malha fechada, detectando ou rastreando a posição do polo do motor para maximizar o torque de saída e otimizar a eficiência. Este esquema de controle encontra muitas aplicações em servomotores aplicados em aplicações de controle de posição, que exigem alta precisão e respostas de velocidade rápida.
Os servomotores geralmente têm um design de ímã permanente interno e são acoplados a um amplificador específico. Os dois juntos, otimizados e ajustados pelo fabricante, são projetados para operar de forma otimizada. Em aplicações práticas, os servomotores frequentemente têm visto suas implementações em máquinas CNC, robótica e equipamentos de automação.
Embora esses materiais sejam chamados de “ímãs permanentes”, o nome não é permanente no sentido real. Sob mudanças em condições externas, por exemplo, estresse mecânico, alta temperatura ou forte interferência eletromagnética, seu magnetismo pode enfraquecer ou falhar.
Tensão Mecânica: Os ímãs permanentes podem perder seu magnetismo devido a alterações estruturais internas quando submetidos a impactos severos ou quedas.
A influência da temperatura nos materiais é que cada um tem uma temperatura, a chamada “temperatura de Curie”, onde não é mais magnético.
As propriedades magnéticas dos ímãs podem sofrer interferência e resultar na perda de magnetismo.
Portanto, é essencial considerar esses aspectos de desmagnetização e incorporar estratégias ao desenvolver e utilizar motores PM.
X.Enneng： Avançando no desenvolvimento de motores de ímã permanente de alta eficiência
A ENNENG era uma fabricante de motores magnéticos, uma empresa oficialmente conhecida como Qingdao Enneng Magnet Motor Co., Ltd. Ela está localizada na região de Qingdao, na China. Os tipos de fabricação incluem tipos padrão, comuns e personalizados, como sem engrenagens e acionados. Os motores feitos na ENPMSM atendem às indústrias de usinas de energia, metalurgias, campos químicos, minas e campos de petróleo. A Enneng é conhecida por sua ênfase na inovação, abrigando uma equipe de pesquisa e desenvolvimento com patentes técnicas adquiridas. Seu comprometimento com o progresso a tornou reconhecida como uma das excelentes “Cem Empresas Inovadoras” em Qingdao.
Os motores PM são muito eficientes e precisos; portanto, sua demanda em aplicações de consumo é alta. Entender os princípios e conceitos desses motores é importante para melhor design e garantia de desempenho. Com a evolução da tecnologia, as aplicações dos motores PM encontrarão aplicações mais amplas e contribuirão significativamente para os sistemas de energia.
