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INVESTIGAÇÃO DA DINÂMICA DA UNIDADE ELECTROMECÂNICA

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Por:   •  17/5/2014  •  Projeto de pesquisa  •  2.223 Palavras (9 Páginas)  •  261 Visualizações

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ESTUDO DA DINÂMICA DE UM ATUADOR ELETROMECÂNICO DA BOMBA DE

SANGUE CENTRÍFUGA IMPLANTÁVEL

Tarcísio Fernandes Leão 1, Eduardo Bock 1,2, Jeison Fonseca 2, Aron Andrade 2, Alexandre Brincalepe Campo 1

1 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo - IFSP, São Paulo, Brasil, leao@cefetsp.br

2 Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - IDPC, São Paulo, Brasil, aron@dantepazzanese.org.br

Resumo: O motor elétrico de corrente contínua sem escovas

é utilizado como atuador dos Dispositivos de Assistência

Ventricular (DAV). No estudo da dinâmica do atuador foi

utilizado o programa MATLAB/SIMULINK. Os resultados

obtidos nas simulações são compatíveis com os dados do

motor e permitem evoluções no modelo e no controle.

Palavras-Chave: Aplicações de Engenharia, Bomba

Centrífuga Implantável e Modelo Dinâmico.

1. INTRODUÇÃO

O motor de corrente contínua sem escovas (BLDC, do

inglês “Brushless Direct Current”), tem sido o principal

componente de propulsão no desenvolvimento dos

Dispositivos de Assistência Ventricular (DAV). Dentre as

características que o faz ser utilizado em bomba

implantáveis destaca-se a ausência de escovas, o que

permite descartar o desgaste inevitável das escovas

observado em outros motores e intolerável neste tipo de

dispositivo. A operação em altas velocidades, quando

comparado com outras opções de motores, e o tamanho

reduzido também são fatores compatíveis com essa

utilização [1, 2].

O motor elétrico trifásico de corrente contínua sem

escova é um motor síncrono de ímãs permanentes

localizados no rotor e bobinas localizadas no estator,

geralmente, conectadas em estrela com controle por inversor

do tipo ponte H [2, 3]. A operação de um BLDC é realizada

através da comutação estratégica das bobinas, assim como

ocorre em um motor de passo. A comutação é realizada por

um circuito que fornece corrente às bobinas do motor em

função da posição do rotor. A corrente de fase de um BLDC,

normalmente é retangular e sincronizada com a FCEM

(força contra-eletromotriz, ou BEMF do inglês “Back

Electromotive Force”) para produzir torque e velocidade

constante, apresentando forma trapezoidal, geralmente.

Sendo esta a principal característica de controle [4, 5].

A técnica escolhida para o controle da posição do rotor

foi a “sensorless”, sem sensores, por dispensar o uso de

sensores de posicionamento, que são focos de falhas, o que

deve ser evitado em dispositivos implantáveis. A não

utilização de sensores também reduz a quantidade de fios

para controle do motor, fato que contribui para a prática

cirúrgica e reduz complicações pós-operatórias [6 – 8].

Uma bomba centrífuga implantável está sendo estuda no

Instituto “Dante Pazzanese” de Cardiologia – IDPC como

DAV para auxiliar pacientes com doenças cardiovasculares.

Este dispositivo pode ser dividido em: bomba de sangue de

fluxo contínuo centrífugo, um motor elétrico BLDC, um

controlador para acionar o motor e um sistema de baterias.

As bombas centrífugas representam a maioria das pesquisas

desenvolvidas atualmente, a qual permite operar em

rotações mais baixas que as bombas de fluxo contínuo

axiais; obter menores taxas de hemólise, ou seja, menores

danos aos elementos do sangue; ter dimensões compatíveis

com a implantabilidade total e alcançar vida estimada do

conjunto, em assistência, de 2 anos [9 – 11].

Os motores utilizados em bombas sangüíneas centrífugas

com acoplamento magnético requerem potência para a

movimentação do rotor do motor e para o acoplamento com

a bomba, Figura 1 [1, 9, 11, 12]. Nos casos onde o

acoplamento é feito diretamente com a bomba é necessário

prover potência adicional em função do maior “air gap”

(distância entre os magnetos e as bobinas). E quando há um

circuito eletromagnético separado do acoplamento, o motor

pode assumir maiores dimensões [13].

O objetivo desse trabalho é obter um modelo dinâmico

do atuador eletromecânico da bomba centrífuga, com auxílio

do programa Matlab / Simulink, onde parâmetros mecânicos

e eletromagnéticos foram propostos para as simulações. O

programa Matlab/Simulink foi escolhido como ambiente

virtual

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