1. Introdução
1.4. Organização do Documento
Numa visão global deste documento, enquadra-se o problema, descrevem-se as bases de trabalho, apresentam-se propostas de soluções concretas, discute-se o mérito dos métodos usados com base nos resultados obtidos e apresentam-se, em síntese, as principais conclusões. O resto do documento está organizado em oito capítulos, incluindo o presente, e quatro anexos.
No Capítulo 2 apresentam-se os conceitos fundamentais das interacções e das trocas de energia em sistemas electromecânicos. Estes conceitos ajudam a compreender a operação de actuadores de relutância variável comutados, para os quais se apresentam a respectiva constituição, para as configurações rotativa e linear. Ilustra-se, ainda, em detalhe, a evolução das grandezas inerentes ao seu funcionamento. Tendo em conta essa informação, faz-se um levantamento do estado da arte sobre as origens das vibrações e das técnicas com aplicação neste tipo de máquinas eléctricas. Referem-se também as ferramentas e os métodos de análise de sinais que se consideram mais adequados para a análise e caracterização de vibrações em actuadores lineares de relutância variável comutados e do correspondente ruído acústico emitido.
Os fundamentos das vibrações em sistemas mecânicas, as teorias, os métodos numéricos e os procedimentos experimentais envolvidos nessa análise são referidos no terceiro capítulo. Aí são mencionados os aspectos teóricos e os fenómenos da propagação das ondas sonoras, em meios constituídos por materiais sólidos e fluidos. As grandezas e as medidas acústicas mais comuns são igualmente referidas, bem como as normas que as regulam.
Os modos naturais de vibração do actuador são listados, analisados, avaliados e discutidos no quarto capítulo. Tal tem por base os resultados de simulações de análise numérica pelo método dos elementos finitos, aplicadas ao modelo mecânico 3D do actuador linear, considerando as dimensões e os materiais das peças utilizadas no actuador real. Este método permite obter resultados aproximados quanto aos valores de frequências de vibração e das formas modais. Nas simulações realizadas consideram-se cinco configurações diferentes para o actuador, de acordo com o posicionamento das partes móveis e uma banda de frequências de interesse até 1200 Hz, aproximadamente. Os resultados obtidos revelam um número elevado de modos (mais de setenta) para cada uma das configurações, com uma diferença relativamente curta entre
1.4 Organização do Documento
frequências modais. Estes resultados são avaliados experimentalmente mais adiante, no Capítulo 6, com base em dados reais, para validação e confirmação das vibrações no actuador.
De modo a suportar a realização dos ensaios experimentais para avaliação e validação dos modos de vibração do actuador, desenvolveram-se algumas soluções técnicas específicas para o banco de ensaios. Estas soluções, que se apresentam e descrevem no Capítulo 5, consistem numa câmara acústica semianecóica e num sistema modular para aquisição de dados. A câmara visa acomodar a realização dos ensaios e reduzir as influências de ruído acústico de proveniência externa. Por sua vez, o sistema modular tem como objectivo a aquisição de dados de vários transdutores distribuídos ao longo da estrutura do actuador e no banco de ensaios. Este equipamento, especificamente desenvolvido e adaptado para esta aplicação, é suportado em microcontroladores e opera em modo síncrono e comunica com um computador pessoal através de um barramento série. Deste modo, em pós processamento, permite analisar, representar e correlacionar as grandezas obtidas através dos vários canais de medida.
O Capítulo 6 descreve os testes e os ensaios de excitação modal experimental realizados e apresenta os resultados obtidos. Para estes ensaios recorre-se a equipamento de medida comum, aos equipamentos referidos no Capítulo 5 e a equipamentos específicos para ensaios de vibrações e de medições acústicas. A análise dos sinais adquiridos faz-se através de algoritmos de análise e ferramentas de software desenvolvidas em MATLAB®. Os resultados obtidos permitem validar e confirmar os resultados obtidos por simulação numérica que se indicam no quarto capítulo. Permite também consolidar a informação quanto aos modos reais de vibração do actuador e determinar os que se consideram relevantes ou com maior probabilidade de serem excitados pelos regimes normais de operação da máquina linear.
Visando este aspecto em concreto, no Capítulo 7 descrevem-se os ensaios de excitação modal por operação da máquina, com excitação de uma fase com modulação dos perfis de corrente por comutação soft chopping, em diferentes posições de alinhamento entre pólos e dentes, sendo ambos do tipo A de acordo com a classificação dada em secção 1.3. Na avaliação das respostas usam-se equipamentos específicos para aquisição de dados, sendo os resultados avaliados através das ferramentas desenvolvidas em MALTAB. Apresentam-se os resultados obtidos, os quais são objecto de análise, avaliação e discussão.
A concluir, no Capítulo 8 enumeram-se os resultados mais significativos deste trabalho, as suas contribuições científicas e apontam-se novas direcções e perspectivas de trabalho a desenvolver no futuro.
Nos anexos a este documento constam os esquemas eléctricos do sistema modular para aquisição de dados, os resultados experimentais das respostas à excitação modal, as listas de contribuições científicas publicadas em revistas da especialidade e incluídas nas actas de
Capítulo 1. Introdução
conferências internacionais, bem como a autorização para o uso de imagens sujeitas a direitos de utilização (Copyright).
Neste documento, no uso de termos técnicos opta-se em geral pela designação em Inglês, recorrendo-se ao uso dos acrónimos respectivos. Esta opção justifica-se por razões de clareza, por serem mais comuns e, portanto, universais e mais facilmente interpretáveis. Porém, em casos devidamente referidos, em consonância com o idioma de escrita, opta-se pela designação em Português e pelo uso dos acrónimos respectivos. De acordo com a legislação em vigor (Decreto-Lei nº 128/2010 de 3 de Dezembro), as grandezas usadas ao longo do texto são expressas em unidades de medida do SI, ou em unidades derivadas.
Capítulo 2
Capítulo 2