Motor de relutância

O motor de relutância variável baseia-se no princípio de que um pedaço de ferro desenfreado se moverá para completar um caminho de fluxo magnético com o mínimo de relutância , o análogo magnético da resistência elétrica.

Relutância Síncrona

Se o campo rotativo de um grande motor síncrono com pólos salientes for desenergizado, ele ainda desenvolverá 10 ou 15% do torque síncrono. Isso se deve à relutância variável ao longo de uma revolução do rotor. Não há aplicação prática para um grande motor de relutância síncrona. No entanto, é prático em tamanhos pequenos.

Se as ranhuras forem cortadas no rotor sem condutor de um motor de indução, correspondendo às ranhuras do estator, um motor de relutância síncrona resultados.

Ele começa como um motor de indução, mas funciona com uma pequena quantidade de torque síncrono. O torque síncrono é devido a mudanças na relutância do caminho magnético do estator através do rotor conforme as ranhuras se alinham.

Este motor é um meio barato de desenvolver um torque síncrono moderado. Baixo fator de potência, baixo torque de extração e baixa eficiência são características do motor de relutância variável acionado por linha de alimentação direta. Essa era a situação do motor de relutância variável por um século antes do desenvolvimento do controle de potência de semicondutores.

Relutância comutada

Se um rotor de ferro com pólos, mas sem quaisquer condutores, for instalado em um estator multifásico, um motor de relutância comutado , capaz de sincronizar com o campo do estator, os resultados. Quando um par de pólos da bobina do estator é energizado, o rotor se moverá para o caminho de relutância magnética mais baixo (figura abaixo).

Um motor de relutância comutado também é conhecido como motor de relutância variável. A relutância do rotor ao caminho do fluxo do estator varia com a posição do rotor.

Relutância é uma função da posição do rotor em um motor de relutância variável



A comutação sequencial (Figura abaixo) das fases do estator move o rotor de uma posição para a próxima. O fluxo magnético busca o caminho de menor relutância. Abaixo estão um rotor simplificado e formas de onda que ilustram a operação.

Motor de relutância variável, operação simplificada



Se uma extremidade de cada enrolamento trifásico do motor de relutância chaveado for trazido por um fio condutor comum, podemos explicar a operação como se fosse um motor de passo (figura acima). As outras conexões da bobina são sucessivamente puxadas para o solo, uma de cada vez, em um impulso das ondas padronizar. Isso atrai o rotor para o campo magnético giratório no sentido horário em 60 ° incrementos.

Várias formas de onda podem acionar motores de relutância variável (figura abaixo). A unidade de onda (a) é simples, exigindo apenas uma chave unipolar de terminação única. Aquele que muda apenas em uma direção. Mais torque é fornecido pelo comando bipolar (b), mas requer uma chave bipolar.

O driver de energia deve puxar alternadamente para cima e para baixo. As formas de onda (a e b) são aplicáveis ​​à versão do motor de passo do motor de relutância variável. Para uma operação livre de vibração suave, a aproximação de 6 etapas de uma onda senoidal (c) é desejável e fácil de gerar.

A unidade de onda senoidal (d) pode ser gerada por um modulador de largura de pulso (PWM) ou extraída da linha de alimentação.

Formas de onda do motor de relutância variável:(a) impulso de onda unipolar, (b) passo completo bipolar (c) onda senoidal (d) bipolar 6 passos



Dobrar o número de pólos do estator diminui a velocidade de rotação e aumenta o torque. Isso pode eliminar um acionamento de redução de engrenagem. Um motor de relutância variável destinado a se mover em etapas discretas, parar e dar partida é um motor de passo de relutância variável.

Se o objetivo for uma rotação suave, existe uma versão acionada eletronicamente do motor de relutância chaveado. Os motores de relutância variável ou steppers realmente usam rotores como os da Figura abaixo.

Motor de relutância variável acionado eletronicamente

Motores de relutância variável têm baixo desempenho quando a linha de alimentação direta é acionada. No entanto, microprocessadores e unidades de alimentação de estado sólido tornam este motor uma solução econômica de alto desempenho em algumas aplicações de alto volume.

Embora difícil de controlar, este motor é fácil de girar. A comutação sequencial das bobinas de campo cria um campo magnético giratório que arrasta o rotor de formato irregular com ele enquanto busca o caminho de relutância magnética mais baixo.

A relação entre o torque e a corrente do estator é altamente não linear - difícil de controlar.

Motor eletrônico de relutância variável



Um motor de relutância variável acionado eletronicamente (Figura abaixo) se assemelha a um motor DC sem escova sem um rotor de ímã permanente. Isso torna o motor simples e barato. No entanto, isso é compensado pelo custo do controle eletrônico, que não é tão simples quanto o de um motor CC sem escovas.

Embora o motor de relutância variável seja simples, ainda mais do que um motor de indução, é difícil de controlar. O controle eletrônico resolve esse problema e torna prático acionar o motor bem acima e abaixo da frequência da rede elétrica. Um motor de relutância variável conduzido por um servo , um sistema de feedback eletrônico, controla o torque e a velocidade, minimizando o torque de ondulação.

Motor eletrônico de relutância variável



Isso é o oposto do alto torque de ondulação desejado em motores de passo. Em vez de um motor de passo, um motor de relutância variável é otimizado para rotação contínua de alta velocidade com torque mínimo de ondulação.

É necessário medir a posição do rotor com um sensor de posição rotativo como um codificador óptico ou magnético, ou derivar isso do monitoramento do EMF de volta do estator. Um microprocessador executa cálculos complexos para alternar os enrolamentos no momento adequado com dispositivos de estado sólido.

Isso deve ser feito precisamente para minimizar o ruído audível e o torque de ondulação. Para o torque de ondulação mais baixo, a corrente do enrolamento deve ser monitorada e controlada.

Os rígidos requisitos de acionamento tornam este motor prático apenas para aplicações de alto volume, como motores de aspiradores de pó com eficiência energética, motores de ventiladores ou motores de bombas. Um desses aspiradores usa um motor de ventilador compacto de alta eficiência de 100.000 rpm.

A simplicidade do motor compensa o custo da eletrônica do inversor. Sem escovas, sem comutador, sem enrolamentos do rotor, sem ímãs permanentes, simplifica a fabricação do motor.

A eficiência deste motor acionado eletronicamente pode ser alta. Mas, requer uma otimização considerável, usando técnicas de design especializadas, o que só se justifica para grandes volumes de fabricação.

Vantagens

• Construção simples - sem escovas, comutador ou ímãs permanentes, sem cobre ou alumínio no rotor.
• Alta eficiência e confiabilidade em comparação aos motores convencionais CA ou CC.
• Alto torque de partida.
• Econômico em comparação com o motor DC sem escovas em grandes volumes.
• Adaptável a temperaturas ambientes muito altas.
• Controle de velocidade preciso e de baixo custo possível se o volume for alto o suficiente.

Desvantagens

• Corrente versus torque é altamente não linear
• A comutação de fase deve ser precisa para minimizar o torque ondulado
• A corrente de fase deve ser controlada para minimizar o torque de ondulação
• Ruído acústico e elétrico
• Não aplicável a volumes baixos devido a problemas de controle complexos