By
A escolha entre motores síncronos de ímã permanente (PMSM) ou motores de indução estão se tornando cada vez mais importantes em diversos setores. Compreender as vantagens e diferenças entre estas tecnologias motoras é fundamental para tomar uma decisão informada. O objetivo deste artigo é descrever as principais vantagens do PMSM em relação aos motores de indução.
PMSM e motores de indução são usados em uma ampla gama de aplicações como automação industrial e sistemas de energia renovável. Embora ambos os motores sejam utilizados para fins semelhantes, eles são bastante diferentes em termos de construção, operação e desempenho.
O artigo descreve os benefícios obtidos com motores PMSM em relação aos motores de indução e verifica suas diferenças. Ele investiga os princípios operacionais, eficiências, capacidades de controle e aplicações para motores PMSM. Ao entender esses aspectos, o leitor entenderá por que a tecnologia PMSM está ganhando força e, em todos os aspectos, supera os motores de indução. Vários fatores devem ser mantidos em mente ao escolher entre um motor PMSM e um motor de indução. Ao comparar esses motores, podemos determinar quais vantagens o PMSM fornece em indústrias e aplicações específicas.
Princípios de Trabalho e Estrutura:
Os princípios operacionais e estruturais dos motores PMSM e de indução são bem diferentes. Um PMSM consiste em um rotor de ímã permanente e um estator com enrolamentos. Aqui, o campo magnético desenvolvido pelo rotor de ímã permanente interage com o campo magnético desenvolvido pelos enrolamentos do estator. O torque desenvolvido devido a tal interação aciona o rotor. Existem enrolamentos do estator que são alimentados com CA e, portanto, produzem um campo magnético de movimento para frente, de modo que o rotor se move no mesmo ritmo que ele; o rotor segue o campo magnético rotativo.
O motor de indução também inclui um rotor e um estator. O rotor pode ser enrolado em fio ou em gaiola de esquilo. Em operação, a CA energiza os enrolamentos do estator, criando um campo magnético rotativo em cooperação com o rotor. O resultado dessa cooperação é o torque aplicado ao rotor.
Comparado com motores de indução, a diferença mais notável é que este último tem uma estrutura de rotor bem diferente. Enquanto o motor em discussão apresenta ímãs permanentes no rotor criando seu próprio campo magnético, o rotor em outro tipo de projeto de motor nunca é magnetizado. Em vez disso, ele requer um campo magnético rotativo pelos enrolamentos do estator.
Isso de fato explica certas vantagens de um PMSM. Primeiro, um PMSM, com uma configuração de rotor de ímã permanente, garante que sua potência seja densa e altamente eficiente. O campo magnético dos ímãs permanentes é tão forte que requer menos potência para desenvolver o mesmo torque que um motor de indução. Segundo, os PMSMs permitem controle preciso da velocidade e posição do motor devido à sua alta precisão de controle. Terceiro, os PMSMs têm maior capacidade de sobrecarga em comparação com motores de indução devido à alta relação torque-inércia.
Em contraste, motores de indução são fáceis de projetar. Eles são apropriados para aplicações de baixa a média potência que não exigem alta precisão e eficiência de controle.
Eficiência e Consumo de Energia
Alguns dos fatores que tornam os PMSM superiores em comparação aos motores de indução são sua eficiência e consumo de energia. Os PMSMs têm algumas vantagens de eficiência e energia sobre os motores de indução.
Maior eficiência: PMSMs são mais eficientes em relação aos motores de indução porque, no caso de PMSM, a energia elétrica é convertida em energia mecânica por meio de um rotor de ímã permanente, o que é relativamente eficiente. Isso ocorre porque não há perdas no rotor, como resistência do rotor e perdas de ferro do rotor encontradas em motores de indução. Isso permite que PMSMs operem com maior eficiência, o que equivale a menos desperdício de energia e redução de despesas operacionais.
Maior fator de potência: PMSMs têm um fator de potência maior em comparação a motores de indução. O fator de potência é a medida de quão efetivamente a eletricidade é usada, e o fator de potência maior de um PMSM significa que ele extrai menos energia reativa da rede, reduzindo a perda de energia e, geralmente, melhorando a eficiência geral do sistema.
Frenagem regenerativa:PMSMs têm a capacidade de recuperação bem-sucedida de energia na frenagem e desaceleração: Durante tais operações, o PMSM com a técnica de frenagem regenerativa retransforma a saída de energia mecânica devido à sua frenagem em energia elétrica. Portanto, ele pode alimentá-la novamente para a fonte de alimentação ou pode acumular para uso futuro. Ele evita a dissipação de energia para o calor. Ele minimiza o desperdício de energia; portanto, isso otimizará a eficiência do sistema.
Controle de velocidade variável: O PMSM mantém alta eficiência mesmo em baixas velocidades, tornando-o adequado para aplicações que exigem controle preciso da velocidade do motor. Ao contrário dos motores de indução, as perdas são altas em baixas velocidades, enquanto para os PMSMs, a eficiência é mantida em uma ampla faixa de velocidades de operação. Isso torna os PMSMs ideais para aplicações que precisam de controle de velocidade variável com a capacidade de manter alta eficiência energética.
Consumo de energia reduzido: Devido à sua maior eficiência e melhor fator de potência, para a mesma potência de saída, os PMSMs exigem menos consumo de energia em comparação aos motores de indução. Essa redução no consumo de energia economiza não apenas o custo, mas também ajuda na sustentabilidade ambiental, reduzindo a demanda geral por energia e a pegada de carbono.
Esses dados juntos revelam que os PMSMs são mais eficientes, com melhor utilização de energia em comparação aos motores de indução. Maior eficiência, maior fator de potência, capacidade de frenagem regenerativa, controle de velocidade variável e menor consumo de energia os tornam preferidos para aplicações energeticamente eficientes, econômicas e ambientalmente sustentáveis.
Controle e precisão
Os principais fatores em que o PMSM difere dos motores de indução são o controle e a precisão. Em contraste, com os motores de indução, o PMSM está em uma posição mais competitiva quando se considera a precisão do controle.
Tempo de Resposta Rápida: Tendo baixa inércia, a alta relação torque-inércia dota os PMSMs com tempos de resposta rápidos. Ou seja, é rápido em resposta a mudanças em comandos de carga e velocidade, sendo, portanto, melhor para aplicações de alto desempenho caracterizadas por aceleração e desaceleração rápidas.
Sensor de Posição: O controle preciso da posição do motor no PMSM permite a detecção adequada da posição. Por esse motivo, o PMSM é capaz de manter um posicionamento estável e preciso mesmo em baixas velocidades. Aplicações para as quais o posicionamento altamente preciso é crucial podem ser executadas facilmente devido a esse recurso.
Ondulação de baixo torque: A estrutura do rotor de ímã permanente do PMSM contribui para uma ondulação de torque baixa. Essencialmente, a ondulação de torque é a medida da variação na saída de torque na rotação do motor, e a ondulação de torque baixa no PMSM significa funcionamento suave e estável do motor, o que o torna muito adequado para aplicações que exigem baixa vibração e ruído.
Controle de loop fechado: O PMSM opera em um sistema de controle de malha fechada para oferecer um círculo maior de controle com melhor precisão. Um sistema de controle de malha fechada monitora continuamente os sinais de velocidade e posição do motor para melhor desempenho. Isso permite maior eficiência do motor, economia de energia e também melhora a confiabilidade geral do sistema.
O PMSM encontra uma aplicação ideal nos casos que exigem alta precisão de controle e estabilidade de operação devido à alta precisão na velocidade do motor e controle de posição, rápido tempo de resposta, precisão na detecção de posição, baixa ondulação de torque e capacidade de trabalhar em um sistema de controle de malha fechada.
Aplicação
Industria têxtil: O PMSM tem alguns méritos na aplicação de indústrias têxteis em comparação com motores de indução. Primeiro, porque o tempo de resposta é rápido, o PMSM pode satisfazer os requisitos de variação rápida do processo durante a produção têxtil. Alta precisão de controle e bom desempenho de posicionamento também podem satisfazer os requisitos de alta precisão do processamento têxtil. Além disso, os motores síncronos de ímã permanente têm maior eficiência e alcançam economia de energia durante a operação de máquinas têxteis.
mineração: Os PMSMs têm muitas vantagens significativas sobre os motores de indução em aplicações de mineração. Como o PMSM em si é robustamente projetado, ele suporta condições de mineração tão severas como vibração e ambientes severos com cargas pesadas. Com alta densidade de torque e capacidades de operação de velocidade variável, os motores síncronos de ímã permanente são ideais em equipamentos de mineração que exigem partidas, paradas e mudanças frequentes nos requisitos operacionais.
Indústria de petróleo: O PMSM tem grandes vantagens em aplicações na indústria petrolífera. O alto fator de potência reduz a poluição harmônica na rede, o que evita problemas comuns encontrados com motores de indução. Além disso, o alto torque e a boa precisão do PMSM podem ser vantajosos em aplicações com controle preciso de fluxo e regulação de pressão. Além disso, o tamanho compacto e o peso leve permitem que o PMSM seja usado em instalações com restrições de espaço na indústria petrolífera.
Em outras palavras, a aplicação de motores dentro das indústrias contribui muito para alcançar operações eficientes e confiáveis. Por mais que os motores de indução sejam considerados populares, eles estão associados a várias limitações, que podem reduzir o desempenho e a confiabilidade. No entanto, o PMSM tem vantagens que os tornam superiores aos motores de indução em indústrias como mineração e petróleo. O PMSM tem as vantagens de tempo de resposta mais rápido, maior precisão de controle, maior eficiência e maior densidade de torque. Dessa forma, o valor da solução do PMSM é aumentado; assim, ele melhora todo o processo e a eficiência da produção, ao mesmo tempo em que economiza custos operacionais. A seleção apropriada do tipo de motor e da estratégia de controle em relação a requisitos específicos e condições ambientais desempenha um papel fundamental no desempenho e confiabilidade ideais em aplicações em tempo real. Em geral, os motores síncronos de ímã permanente são uma conquista tecnológica importante e um grande futuro para muitas indústrias.
