Máquinas Síncronas com Imas Permanentes

Máquinas Síncronas com Imãs Permanentes

        Motores Ca (corrente alternada) com imãs permanentes são máquinas elétricas síncronas polifásicas com imãs permanentes no rotor, muito semelhante às máquinas síncronas convencionais, onde os enrolamentos de campo são substituídos por imãs permanentes de alto produto energético. A figura a seguir mostra um diagrama esquemático de uma máquina trifásica com ímãs permanentes.

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Diagrama esquemático de uma máquina trifásica com imã permanente. As setas indicam a direção da magnetização do rotor.

        A partir de informações do sensor de posição do eixo, os enrolamentos por fase do motor são sequencialmente excitados de tal maneira a produzir o torque e velocidade desejada. A velocidade do motor é determinada pela frequência da rede de alimentação. A posição angular entre o eixo magnético do rotor e uma determinada fase, determina o torque desenvolvido pelo motor.

        Em função da capacidade para medição de velocidade e posição do rotor a partir de sensores, bem como a possibilidade de aplicação de frequência e amplitude de excitação de corrente variável, a partir de conversores, determina que motores síncronos trifásicos com imãs permanentes são bastante controláveis. Motores síncronos com ímãs permanentes são frequentemente chamados de motores de brushless (sem escovas) ou motores cc sem escovas.

        O uso de motores com imãs permanentes tem aumentado consideravelmente devido a necessidade de sistemas de campos baratos e confiáveis produzidos a partir de imãs de ferrita que, dependendo da aplicação são adequados. Posteriormente foram criados os imãs permanente de terras raras (super imãs) que possuem um produto energético muito superior as ferritas. A utilização deste diminui sensivelmente os riscos de desmagnetização dos imãs uma vez que este imã possui elevada coercitividade (campo desmagnetizante), além de possibilitar o desenvolvimento de máquinas com uma elevada relação torque / volume.

        Atualmente, os imãs permanentes são disponíveis em uma larga faixa de características magnéticas e permitem uma considerável gama de possibilidades na escolha do imã mais adequado.

        A relação torque / volume mais elevada é obtida em máquinas síncronas com imãs permanentes. Estas máquinas tem melhor rendimento que máquinas com enrolamentos de campo porque elas não têm nenhuma perda de excitação de campo, uma vez que não possuem enrolamentos no motor, exceção feita às maquinas que, além dos imãs, possuem uma gaiola.

        Os imãs ocupam menos espaço que campo com enrolamentos, e para tamanhos de armadura pequenos esta vantagem é significativa e o custo reduzido.

        Alguns projetos apresentam geometrias relativamente precárias que desperdiçam o material de imã, que no caso de imãs de terra raros é caro. O uso de imãs de entreferro em máquinas síncronas é um exemplo: a densidade da forma do gap é inevitavelmente menor que no imã, grosseiramente na razão do arco do pólo para a inclinação do polo. Esta limitação é bastante desnecessária para muitas aplicações.

        Os principais imãs comercializados atualmente são os cerâmicos (ferritas), as ligas de AlNiCo, e o terras raras como SmCo (samário – cobalto) e NdFe-B (neodímio-ferro-boro) e compósitos como MnAlC (manganês-alumínio-carbono).

Motor com ímãs permanentes da WEG Motores Elétricos

        Os Servoacionamentos WEG composto de um motor e de um conversor de frequência para controle acionamento do motor são utilizados nas mais diversas aplicações industriais, onde, elevada dinâmica, controle de torque, precisão de velocidade e posicionamento são fatores decisivos para o aumento da qualidade e produtividade além do baixo curso, elevada performance e robustez.

        A figura a seguir mostra uma vista em corte dos núcleos do estator e rotor do motor síncrono com imas permanentes da WEG Motores, onde se pode observar o número de polos e a forma na qual os imas são dispostos na superfície do rotor.[pic 2][pic 3]

       Vista em corte do motor síncrono com imã permanente de WEG Motores

Basicamente há três tipos de imã permanente utilizados nestes motores:

- Alnico Simples ou Colunar

        Possui elevado valor de campo residual (Br = 1,25 Wb/m²) e reduzido valor de campo coercitivo (Hc = 60 KA/m), o que torna vulnerável a efeitos desmagnetizantes produzidos por reação de armadura ou variações de relutância do circuito magnético. Atualmente são empregados em micromotores de corrente contínua tipo “core less”. Neste caso,  enrolamento é compactado formando um cilindro oco com o alnico no interior e preso a uma das tampas.