Ondulações de T orque Congurações SPM-IPM

Tem-se dete tado, re entemente, parti ular interesse no estudo dessas ondulações, prin i-

palmente noque dizrespeito a estruturas ex itadaspor ímãs permanentes [158160℄.

O advento das ligas rígidas nas últimas dé adas e sua utilização omo elemento ons-

trutivonas máquinas elétri as,têm re ebido importantedestaqueema ionamentosde or-

rentes alternada e ontínua [1℄, em que o desempenho e a potên ia massiva elevada são

ara terísti asnormalmenterequeridas.

Emboratratadosem apítulosanteriores,nestaseqüên iade apresentação,aspe tospar-

ti ularesdessetipodeex itaçãoserãoobservados omoformadeverti alizaraabordagemda

atenuaçãodessesefeitos,segundoparti ularidadesinerentes edistintasaduasdasprin ipais

estruturas onhe idas. Neste sentido, várias onguraçõestêm sido estudadas e reportadas

Figura7.1: Estruturas dos tiposIPM-SPM

na literatura am [42℄, prin ipalmente as do tipo sem peças polares (Surfa e Permanent

MagnetMotor-SPM) usando-seímãs dasterrasraras(

SmCo5

-

SmCo7

-

NdF eB

)xados sobre orotor ede magnetizaçãoradial. Outravarianteimportanteé aestrutura om peças

uxo a níveldoentreferro [37℄, diferente daestrutura (SPM), itada anteriormente.

Nesta onguração (IPM), torna-se possível estabele er o mesmo nível de indução no

entreferro de uma estrutura SPM de potên ia equivalente, a depender das relações dimen-

sionais do rotor, utilizando-se ímãs de baixa densidade energéti a [62, 63℄, tais omo ligas

de Ferrites de Bário (

BaF e12O19

) ede Estrn io(

SrF e12O19

)e, portanto,de menor usto. Com relaçãoà onguraçãosem peças polares(SPM), ímãs de TerrasRaras são xados

diretamentesobreorotor [126℄,ouestator,daestrutura possuindo, geralmente, magnetiza-

ção na direçãoradial.

Como apermeabilidadedesses materiaisé aproximadamenteigualà doar(

µm

∼= µo

), o entreferroefetivoestator-rotortorna-sededez(10)atrinta(30)vezesmaiorqueoentreferro

me âni o, o que expli a, de modo denitivo, a ne essidade do uso para este tipo de on-

guração, de ímãs de alta densidade energéti a, de modo a garantir não apenas a nível do

entreferro mas, em todaa estrutura, valores típi osde induções omparáveisa onversores

de potên iasimilar.

Para essas estruturas arazão de indutân ias,segundo omodelode Park [105℄ é aproxi-

madamente unitária

Lq/Ld

∼= 1

, o que a arreta fa ilidades, do ponto de vista do ontrole; não obstanteo usto dos ímãs e di uldades onstrutivasrela ionadas à retenção dos ímãs

sobre o rotortornarem amáquina relativamentedispendiosa.

Poroutrolado, na onguração ompeçaspolares (IPM)osímãs são dispostosinterna-

menteaorotor, segundo várias topologias[121℄, sendo amais onhe idaa de magnetização

transversal, omo já referen iada.

Explorando a possibilidade de on entração do uxo indutor usam-se, normalmente,

ímãs erâmi os de baixa densidade energéti a, em geral Ferrites de Bário e de Estrn io

e, ontrariamente ao que o orre no aso anterior e nas máquinas sín ronas onven ionais,

neste tipo de onguraçãoa distribuição do uxo no ir uitomagnéti o porpóloa arreta,

para a estrutura, uma razão de indutân ias maiorque a unidade

Lq/Ld

> 1

.

Neste aso, a parti ularidade dasaliên ia inversa asso iada a fatores onstrutivos, pos-

sibilita o projeto de motores baseado nesta onguração, apazes de operar numa ampla

faixa de trabalho om fator de potên ia unitário e de geradores om baixíssima regulação

turas SPM, que a proximidade estator-rotor, segundo entreferros da ordem de 0.30 mm-

0.50 mm, onstitui uma limitação ríti a relativa aodimensionamento,no que on erne ao

ogging torque da estrutura; todavia, o baixo usto dos ímãs utilizados omparado ao de

Terras-Raras emestruturas SPM, da ordemde um para vinte e in o (1/25),a arreta uma

vantagem signi ativa om relação àquelas estruturas, segundo este aspe to.

No que diz respeito à literatura onsultada, vários autores ontribuíram signi ativa-

mente om o estudo das ondulaçõesdo torque nesses tiposde estrutura [159161℄.

Neste parti ular e omo resultado direto desses efeitos espúrios, duas omponentes se

desta am: o ogging torque, proveniente das interações entre ímãs, ou peças polares, e a

irregularidade do entreferro devido à abertura das ranhuras, para a ondição a vazio, e o

ripple torque adi ionalmente, quando da ir ulação de orrentes na armadura da máquina

[151, 162℄, ouseja, quando doseu arregamento.

Tais omponentesproduzempulsaçõesharmni asimportantesnasforçaseletromotrizes

e no torque desenvolvido pela máquina, a ponto de omprometer não só seu desempenho

isoladamentemas tambémo dosistema, omo um todo.

Cronologi amentee noquese refere àsondulaçõesde uxo, de modogeral, Deleroi[40℄

analisou sua inuên ia em estruturas duplamente ranhuradas objetivando a redução dos

efeitos orrespondentes.

Em referên ia à predição e às formas de minimização das omponentes itadas, uma

série de trabalhos temsido do umentada pelaliteratura[154,156℄, analisando-seprin ipal-

menteessesefeitos para estruturassem peças polares(SPM), epropondoaanulaçãodessas

omponentes através da ompatibilizaçãoentre a largura do ímã e o passo de ranhura da

armadura onsiderada; ainda nessa direção, formulações analíti as são desenvolvidas para

o torque a partir de uma estrutura (SPM), objetivando-seestudar a inuên ia da variação

paramétri a daestrutura sobre aquela grandeza, fa e àestrutura emquestão.

Para uma lasse de motores ujo número de ranhuras é igual ou menor que o de pólos

[163℄,investiga-sea inuên iadaaberturadas ranhuras na omponentede oggingtorque e

se propõe um método de predição para estruturas SPM, do tipo Brushless DC Motors, no

sentido de se avaliar, também, a dependên ia daquela grandeza om relação a parâmetros

mos apli áveis ao ál ulo da forma de onda de forças eletromotrizes e de perda no ferro a

vazio,paraestruturastipoSPM,alémdeummétododeprediçãodo oggingtorque,apli ável

nos asos de máquinas a ímãs, em geral om base no diagrama Fluxo-Força Magnetomo-

triz, propondo ainda uma série de medidas para redução daquela omponente, onforme

modi ações estruturaisdo dispositivo.

Por outro lado, Bolton e Ashen [164℄ estabele em que os efeitos das omponentes de

ogging e de ripple torque podem ser tratadosa posteriori;em outras palavras, estando a

máquina onstruída, que a superação deste problema possa ser implementada quando da

operaçãodosistema,atravésdo ontroleadequadodaex itaçãodo onversor estáti o,para

geraçãode formas espe iais de orrente.

Outra variantedesta opção sugere queas ondulaçõesde torque,previamente identi a-

das, sejam anuladas através da injeção de orrentes via onversor estáti o que a arretem,

propor ionalmente, amplitudes e fases opostas às omponentes harmni asdas ondulações

efetuando, assim, porantisimetria,a devida ompensação [158, 165, 166℄.

Noquedizrespeito àatualizaçãoeàs ontribuiçõesdos trabalhosreferen iados, a evi-

den iadaumafortetendên iaaoestudodaprediçãoeminimizaçãodasondulaçõesdotorque,

ara terizadasporsuas omponentesde ogging eripple torque, omapli açãopreferen iala

estruturas sem peças polares (SPM), utilizadasema ionamentosde altaperforman e, seja

através de modi açõesestruturais oude atuaçãosobre a ex itaçãovia onversor estáti o.

Fi atambém onstatadaapou aênfasedispensadaàinterpretaçãodosfenmenosenvol-

vidos e à generalizaçãodos resultados onseguidos naqueles estudos, além de se eviden iar

a quase total ausên ia de integração daqueles estudos de aso, om ferramentas de síntese

das estruturas tratadas, om raras ex eções.

No documento Edgar Roosevelt_tese (páginas 143-146)