Clonagem do padlet Motores de Relutância Chaveada para Aplicações Automotivas by Lucas Guimarães https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc Seminário de Máquinas Elétricas - 2022.2. Integrantes: Pedro Nogueira , Gustavo Barbosa e Lucas Guimarães en-us 2022-12-11 16:57:02 UTC 2022-12-11 16:57:04 UTC hello@padlet.com Motivação para utilização dos veículos híbridos (HEV) e os Motores de Relutância Chaveada (SRM) lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902460 Cada vez mais os governos e comitês internacionais exigem a diminuição da emissão de carbono. Porém os veículos que abrigam o motor de combustão interna (ICE) possuem um péssimo rendimento (20-30%), além de serem responsáveis por uma grande parte da poluição e emissão de carbono nos centros urbanos.
Dessa forma os carros híbridos e elétricos surgiram como os principais substitutos do carro a combustão, e portanto foram desenvolvidos diversos motores e sistemas que conversam com essa aplicação e que são mais eficientes e menos poluentes que o ICE, como o motor de imã permanente (PM) e o motor de relutância chaveada (SRM). [2]]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902460 Arquitetura de um HEV lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902461 Basicamente, o veículo híbrido é aquele que possui duas ou mais fontes de potência, sendo o sistema mais usual composto por um motor a combustão e um motor elétrico.
Desse modo, esse sistema bimotor pode ser configurado em série ou paralelo, como demostram respectivamente as Figuras 11 (a) e 11 (b).
Para a configuração em série, o motor elétrico é o único que alimenta o funcionamento do carro, enquanto que o mesmo pode ser alimentado pela bateria ou pelo gerador do motor a combustão. Enquanto que para configuração em paralelo, os dois motores podem alimentar o HEV simultaneamente.
É importante ressaltar que para as duas configurações, a bateria é recarregada pelo ICE durante o funcionamento e também pelo sistema de frenagem regenerativa, onde durante períodos de frenagem, a bateria é regenerada. Portanto, a bateria tem o seu tamanho bastante reduzido e o combustível tem um alto rendimento, a única diferença geométrica, é que como no sistema série apenas o motor elétrico alimenta o carro, logo ele é superior em tamanho que o motor elétrico no sistema em paralelo [1]. ]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902461 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902462 [1] Christopher H.T. Lee, James L. Kirtley, Jr. e
M. Angle: "Switched Reluctance Motor Drives for Hybrid Electric Vehicles". Disponível em: https://www.intechopen.com/chapters/55383. Acesso 10/12/2022.

[2] Saeid Haghbin, Ali Rabiei, eEmma Grunditz: ''Switched Reluctance Motor in Electric or Hybrid Vehicle Applications: A Status Review''.

[3] A.Y. Anekunu S.P. e Chowdhury S. Chowdhury: "A Review of Research and Development on Switched Reluctance Motor For Electric Vehicles".

[4] Márcio R. C. Reis, Wanderson R H Araújo e Weslley P Calixto, "Regulação de Velocidade do Motor a Relutância Chaveado Empregando Controlador Fuzzy".

[5] Carlos G. da C. Neves: "Simulação e Análise do Motor de Relutância Chaveado". Disponível em: https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/111605/99956.pdf. Acesso em: 07/12/2022.

[6] Joaquim E. Rocha: "Motor a Relutância Chaveado". Disponível em: https://docplayer.com.br/68989049-Motor-a-relutancia-chaveado.html.

[7] Bruno H. P. da Silva. "Tópicos Especiais de Configuração e Utilização de Máquinas Elétricas - Parte 6: Motores de Relutância Chaveados ('De alimentação chaveada')".


]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902462 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902463    O torque ripple e as vibrações são causadas pela componente de torque pulsante gerado pela comutação das três fases [1]. Dessa forma, o torque ripple é definido por: 
     Kt = (Tmax - Tmin)/Tmédio · 100%

   Portanto, a construção de estator duplo apenas aumenta o torque máximo, porém o torque médio continua praticamente constante em relação a construção de estator simples, por isso é utilizado a construção estator duplo combinado com offset mecânico.
]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902463 Construção com offset mecânico lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902464    Como dito anteriormente, a construção de estator duplo é simétrica entre os dois estatores, portanto isso causa um torque ripple elevado pois o torque máximo e mínimo nos dois é causado ao mesmo tempo e se somam. Porém, se de propósito desalinharmos o estator interno com o estator externo através de um ângulo, é possível que esses máximos e mínimos de torque não aconteçam simultâneamente, e dessa forma a componente pulsante de torque, que causa o ripple, é compensada. Logo, essa defasagem ou assimetria é chamada de construção com offset mecânico (MO) em relação ao estator interno e os dentes de rotor ao estator externo e está ilustrada abaixo, juntamente com a comparação das componentes de torque para o modelo sem MO e o modelo com MO.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902464 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902465 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902465 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902466 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902466 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902467 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902467 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902469 Logo, através da comparação entre as Figuras 19 e 20, fica evidente a compensação de torque que o offset mecânico traz para o sistema, e dessa forma, o torque resultante para o modelo com offset é visto abaixo em comparação com o modelo de torque sem o offset mecânico.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902469 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902470 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902470 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902471 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902471 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902472 Visto as duas imagens acima, a conclusão que se chega é que o modelo MO aumenta o torque mínimo, achatando a curva, e dessa forma, aumentando o torque médio do motor, e com base na equação vista pára o ripple, ao aumentar drasticamente o torque médio e aumentar o torque mínimo mantendo o torque máximo praticamente constante, fica comprovado que o torque ripple irá reduzir drasticamente.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902472 Introdução ao SRD lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902473 Sistema SRD é o nome que se dá ao sistema que integra o SRM aos veículos híbridos (HEV) e aos veículos elétricos (EV). Ele é composto pelo motor SRM, pelo conversor de potência, pelo controlador e pelo detector [3]. Abaixo se encontra um exemplo de diagrama de blocos para o sistema SRD.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902473 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902474 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902474 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902475 Dessa forma, o conversor de potência tem como função transferir potência para o motor através das chaves lógicas. Já o controlador seleciona o modo de operação do motor SRM, enquanto que o módulo detector, que possui o sensor de possição, tem a importante tarefa de informar ao controlador a posição do rotor e o estado de comutação dos enrolamentos do motor [3].]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902475 O sensor de posição do rotor lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902476 Como dito anteriormente, o sensor de posição tem como finalidade informar ao controlador a posição do rotor para o controle do tempo de condução de cada enrolamento. Porém existe duas maneiras de obter essa informação de posição, a primeira é utilizando de um sensor, como os fotoeletrônicos, os magnéticos e os do tipo encoder, enquanto que a segunda é  a maneira sem a utilização de sensores, utilizando apenas estratégias construtivas.
   Para essa segunda estratégia, existem dois métodos que podem ser empregados, o primeiro que é o menos utilizado devido a complexidade, é através da utilização de uma bobina fixa que detecta a posição do rotor através de capacitâncias e indutâncias, enquanto que o mais utilziado atualmente é a medição dos parâmetros eletromagnéticos da corrente de fase para obter informações da posição do rotor medindo a autoindutância ou indutância mútua da fase de enrolamento que não está conduzindo no momento [3].]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902476 Motivação para esse tipo de construção lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902477    Na estrutura de um motor com um estator e um rotor existe um grande espaço desperdiçado, como demostra a Figura 12, abaixo, portanto a fim de aproveitar esse espaço vem em mente a topologia com dois estatores, onde um segundo estator é construído nesse espaço, onde é feito de forma simétrica e colocado em série com o primeiro estator, representado pela Figura 13, abaixo.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902477 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902478 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902478 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902479 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902479 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902480 Logo, a partir desse tipo de projeto, os dois estatores transferem potência para o rotor, dessa forma o torque resultante é aumentado quando comparado com o modelo de um estator. A fim de obter uma melhor visualização do fluxo magnético e da potência magnética transferida do estator para o motor, o livro "Switched Reluctance Motor Drives for Hybrid Electric Vehicles" escrito por Christopher H.T. Lee, James L. Kirtley, Jr. and M. Angle, representado pela fonte [1], traz um comparativo das linhas de campo magnético para as duas configurações, além de uma simulação realizada para as duas configurações, onde os dois motores possuem os mesmos parâmetros construtivos, onde esse comparativo está representado pelas Figuras 14 a 17. Para melhor datalhamente ver páginas 102 - 108 de [1].]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902480 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902481 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902481 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902482 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902482 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902483 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902483 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902484 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902484 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902485 Dessa forma, comparando os dois gráficos resultantes de torque, é evidente que a configuração de estator duplo tem umja maior capacidade de torque. Porém, os problemas relacionados ao ripple e as vibrações ainda permanecem, e por isso é introduzido a configuração com offset mecânico.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902485 Contexto Histórico lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902486 O Motor de Relutância Chaveada (MRC), do inglês "Switched Relutance Motor" (SRM), teve sua primeira patente apresentada em 1838, nos Estados Unidos. Todavia, frente à limitação eletrônica e computacional da época, o motor veio a ter seu primeiro protótipo apenas em meados de 1940, desenvolvido na Escócia. Desde a metade da década de 60, houve um progresso do MRC/SRM, de modo que seu rendimento, em tal época, chegou à níveis competitivos, semelhantes aos dos servomotores CC e CA.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902486 Atualidade lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902487 Hoje em dia, tal motor está sendo empregado em diversas áreas, como, robótica, indústria aeroespacial e, em especial, em aplicações industriais, como sistemas de energia eólica e veículos elétricos, devido à sua construção simples e robusta, capacidade de operação em alta velocidade, insensibilidade à altas temperaturas e suas características de tolerância a falhas.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902487 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902488 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902488 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902490 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902490 SRM X PM lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902491 Dessa forma, o motor de imãs permanentes (PM) atualmente é mais utilizado, devido a seu alto rendimento e simplicidade. Porém, como o seu material é extremamente específico, feito de imã de neodímio, e  encontrado basicamente na China, devido a alta demanda o preço vem crescendo e por isso o motor SRM vem ganhando atenção.
Porém, apesar da robustez e baixo custo do SRM, ele tem desvantagens, como o alto barulho, altas vibrações e um alto "torque ripple". [3]
Portanto, várias construções e diferenças de projetos estão sendo implementadas e estudas para aumentar o torque do motor, diminuir as vibrações e diminuir o ripple, e para isso, construções como o estator duplo e a estrutura com offset mecânico vêm sendo estudadas.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902491 Introdução ao controlador Fuzzy lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902492    O controlador do tipo Fuzzy está sendo objeto de grande estudo e aplicação para os motores de relutância chaveada, uma vez que ele consegue agir de maneira mais rápida, mais precisa e mais eficiente que os controladores PID empregados.
   Desse modo, ele possui essa grande eficácia devido sua arquitetura, que possui duas entradas, uma sendo o erro de velocidade e a segunda é a saída do observador de carga, onde essa permite identificar o momento de aplicação de carga mecânica ao eixo do motor e seu respectivo valor, através da fórmula abaixo retirada de [4]:
     TM = -TEMAG + B·ω + J·(dω/dt)

onde TM é o conjugado total, TEMAG é o conjugado eletromagnético, B é o coeficiente de atrito viscoso, ω é a velocidade do eixo e J é o momento de inércia [4].
]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902492 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902493 Através dessa duas entradas, o controlador possui funções de pertinência interna que possibilita que a saída do mesmo seja integrada por duas variáveis, a primeira sendo o ângulo de desligamento Toff das chaves do conversor de potência, e a segunda sendo um acréscimo deste ângulo,de forma que um valor incremental de ângulo é aplicado ao acionamento quando há uma variação da carga mecânica no eixo e provoca alterações na velocidade [4].]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902493 Simulação Fuzzy x PI lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902494    Através de uma simulação realizada em [4], foi possível perceber a eficiência do Fuzzy em relação ao controlador PI de velocidade tradicional, grande parte dessa eficiência devido ao adicional de ângulo Toff integrado pela saída do controlador Fuzzy.
   Desse modo, foi realizada uma simulação comparativa em [4] entre o Fuzzy x PI, de modo que a mesma está representada abaixo, sendo a primeira (Figura 24) relacionada a resposta do controle de velocidade submetido a carga mecânica e a segunda (Figura 25) associada com a  resposta de velocidade do controlador Fuzzy submetido a varias condições de setpoint e carga mecânica]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902494 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902495 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902495 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902496 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902496 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902497   Logo, ao analisar as Figuras 24 e 25, é notório que o controlador Fuzzy apresentou uma grande eficiência e rapidez quando uma carga mecânica foi variada no eixo do motor, e portanto é um excelente controlador para sistemas com não linearidade, como é o caso do sistema SRD, diferentemente do controlador PI que é melhor utilizado em plantas lineares]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902497 Conversor em ponte https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902498 Já discutiu-se a forma idealizada de operação do dispositivo, agora procura-se destrinchar seu funcionamento real, que consiste na utilização de diversos tipos de conversores no acionamento, sendo o mais primordial deles o conversor em ponte, que pode ser observado na Figura 5.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902498 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902499 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902499 Funcionamento do Conversor https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902500 Os dois transistores em cada uma das fases podem operar de diferentes formas, sendo uma delas ambos conduzindo no chamado ângulo θon, o que leva a uma tensão positiva aplicada no enrolamento e corrente fluindo pelo mesmo.
Já no instante de desligamento (θoff) as duas chaves abrem a corrente é obrigada a passar pelos diodos, cuja configuração forçam a aplicação de uma tensão invertida na fase, levando a queda imediata da corrente.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902500 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902501 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902501 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902502 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902502 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902503 Para a configuração apresentada diz-se que o motor opera a Pulso Único, onde o nome surge devido as formas de onda em tal caso.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902503 Formas de Onda Para a Operação a Pulso Único https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902504 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902504 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902505 É importante avaliar que a corrente começa a cair antes mesmo de atingir-se o ângulo θoff, o que ocorre devido a força contraeletromotriz limitadora da corrente, assim, as chaves também devem ser fechadas momentos antes do período de indutância crescente. As formas de onda encontradas em dispositivos utilizados na prática são ainda ligeiramente diferentes das apresentadas, pois é comum a realização da regulação da tensão e corrente para que o sinal fique o mais quadrado possível, o que é feito a partir da alternação da posição das chaves em uma frequência elevada para cada ciclo on → off do dispositivo.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902505 Contextualização Quanto aos Conversores https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902506 Conforme já dito, o conceito do motor em estudo existe desde meados do século passado, entretanto sua aplicação era exclusivamente o estudo, posto que sua viabilidade era desconsiderada para situações práticas mesmo embora o motor em si seja de baixo custo e produza conjugado em uma ampla faixa de velocidades com um bom rendimento. ]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902506 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902507 Dito isso isso, mesmo com o surgimento e bom funcionamento dos conversores, a utilização dos motores de relutância chaveada ainda demorou a ter uma grande presença de mercado, visto que a problemática se tornou o preço dos dispositivos de acionamento, pois semicondutores de potência e seus circuitos de comando ainda são um elemento caro. Devido a esse fato, diversos são os esforços para a elaboração de conversores de potência que utilizem o menor número de chaves possível, o que é possível mas vem com o revés da limitação do desempenho do acionamento como um todo em muitas aplicações.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902507 Característica Conjugado vs Velocidade https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902508 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902508 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902510 A partir da curva apresentada nota-se que é possível obter conjugado fixo para velocidades abaixo da chamada velocidade base, o que pode ser viabilizado a partir do controle por histerese das correntes do motor, além da possível alteração dos ângulos de chaveamento para controlar e estabilizar o torque, na forma que o mesmo será proporcional ao inverso da velocidade, conforme usual.
Já para velocidades acima da base, que pode ser definida como a velocidade em que a corrente máxima flui pelos enrolamentos do estator, vê-se um decaimento do torque de forma proporcional ao inverso do quadrado da velocidade para os mesmos ângulos de chaveamento, o que pode ser contornado a partir tanto da alteração dos mesmos, na forma que o dispositivo pode operar em ampla faixa de velocidades.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902510 Controlabilidade do Dispositivo https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902511 As variáveis que representam os graus de liberdade do controle do torque ou velocidade são a os ângulos de chaveamento, a corrente e a tensão, onde os dois últimos não só variam em amplitude, mas como uma forma de onda no geral. Embora existam diversos métodos, o foco a priori será o controle por modulação de largura de pulso (PWM), que é mais simples de ser interpretado.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902511 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902512 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902512 Controle PWM https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902513 Tal método consiste na alternância da tensão de entrada pulsando-a com diferentes larguras de forma que na média pode-se formar diferentes formas e amplitudes, o que tem efeito não só no conjugado como na velocidade do dispositivo.
No diagrama completo observa-se ainda um controle angular que extrai os devidos tempos de θon e θoff, o que é viável dada a realimentação do sensor de posição, que por sua vez obtém informação do ângulo exato do rotor, o que pode ser feito a partir da indutância, por exemplo. O comutador, com acesso aos ângulos e ao sensor passa essa referência para o conversor, que finalmente comunica diretamente com o motor, fazendo os devidos chaveamentos.
O conversor citado é o que recebe ainda o sinal do controlador PWM, de forma que todos os graus de liberdade disponíveis são utilizados para melhor utilização do dispositivo, entretanto existem problemas em questão de eficiência para esse tipo de construção, o que leva e implementações mais sofisticadas que serão discutidas em tópicos futuros.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902513 Aspectos Físicos lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902514 Como foi possível observar na Figura 1, o SRM possui polos salientes tanto no rotor como no estator, sendo que a excitação é realizada apenas neste último (estator). O rotor não possui enrolamentos, imãs ou a configuração em gaiola de esquilo, sendo que o mesmo é então formado por um pacote de lâminas de polos salientes. Ou seja, o rotor é "só" um pedaço de material ferromagnético, que é laminado pra diminuir as correntes de Foucault, geralmente construído a partir de ferro silício e sempre com algum tipo de sensor de posição angular do rotor (como mencionado) para gerar o sinal de chaveamento das fases do estator. O número de polos do rotor e do estator são diferentes para que o motor parta sem auxílio externo e gire em ambos os sentidos. Caso tal número de polos fosse igual, existiriam posições específicas onde o motor não entraria em operação.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902514 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902515 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902515 Análise do corte transversal lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902516 A Figura 2 mostra o mesmo SRM da Figura 1, agora com indicações nas três fases. Reforçamos que ele possui seis polos salientes no estator e quatro polos salientes no rotor. É válido mencionar que, tanto estator quanto rotor são laminados. Cada polo do estator possui sua bobina de excitação, que é ligada, usualmente, em série, com a bobina do polo do estator que se encontra diametralmente oposto, com a finalidade formar os pares de polos Norte (N) e Sul (S) de cada uma das fases.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902516 Principais Vantagens lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902517 Devido a este tipo de construção, o SRM apresenta algumas vantagens tais como:
  • Requer poucas etapas de manufatura, e, também, tende a possuir uma baixa inércia;
  • O estator é simples de bobinar - as cabeças de bobina são curtas e robustas e não há cruzamento de enrolamentos de uma fase com a de outra;
  • Não há necessidade de bobinar o rotor;
  • Na maioria das aplicações, a maior fonte de perdas é o estator, característica esta que é mais fácil de contornar devido à facilidade que se tem de resfriar o estator;
  • Devido a não existência de ímãs, a temperatura máxima permissível no rotor pode ser maior que nos motores de Ímãs Permanentes ("Permanent Magnets" - PM).

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902517 Principais Desvantagens lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902518 Como não existe uma máquina perfeita, é natural que existam desvantagens associadas ao SRM. A pulsação de conjugado elevada, e as altas magnitudes de ruído audível e vibração associada, são as principais características negativas que este tipo de máquina apresenta. Além disso, também é passível de citação a dificuldade de controle do mesmo e a necessidade de implementação de um sensor de posição no rotor.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902518 Descrição Matemática lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902519 O torque é desenvolvido pela tendência do circuito magnético formado por dois polos diametralmente opostos do estator e pelo par de polos do rotor mais próximos adotarem uma configuração de mínima relutância. Em outras palavras, o torque é desenvolvido devido à tendência dos polos do rotor alinharem-se com os polos do estator. 
Levando em consideração um motor de relutância como o da Figura 2, apresentada no tópico anterior, quando se faz circular corrente contínua através do enrolamento da fase 1 (F1 e F1' ligados em série), por exemplo, o par de polos R2-R4 do rotor tende a se alinhar com o par de polos  S3-S6 do estator, de modo a produzir um torque que tende a mover o rotor para uma posição de mínima relutância.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902519 Equacionamento lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902520 Em termos matemáticos, pode-se definir o comportamento do torque T da seguinte forma:
                  T = [∂W'/∂θ]i=cte

Onde W' é a coenergia, dada por:
                    W'= ∫ φ(i) di]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902520 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902521 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902521 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902522 Ainda, assumindo que não há saturação magnética (o que é razoável no momento pois o interesse é de definir apenas uma primeira expressão para o torque, sem a necessidade de precisão física) podemos definir que a Energia se iguala a Coenergia, ou seja:
               W' = W = (1/2)·Li2]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902522 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902523 Frente à igualdade descrita acima, substituindo o valor obtido na equação de conjugado T é obtido o seguinte resultado:
               T = (1/2) · i2 · (dL/dθ)

Analisando esta expressão, fica evidente que o torque varia de acordo com a variação da indutância L (em função de θ). Logo, é obtido o seguinte comportamento: 

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902523 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902524 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902524 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902525 De modo descritivo, quando o rotor está na posição (a) a indutância é mínima e quando está na posição (b) ela é máxima. No intervalo entre as duas posições a indutância varia conforme mostra o gráfico em (c). Deste modo, é possível observar que que o torque T será "motor" quando a indutância varia positivamente e "gerador" quando a mesma está em seu ciclo decrescente. Assim, como o objetivo é trabalhar com a operação motora, deve-se sincronizar pulsos de corrente no estator apenas nos intervalos crescentes da indutância para cada fase. Esse chaveamento é feito por dispositivos externos de controle (o que dá nome a máquina).

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902525 Diferenças importantes lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902526 Antes de dar continuidade, se faz necessário diferenciar os Motores de Relutância Chaveada (SRM), o qual é nosso objeto de estudo, dos Motores de Relutância Variável (VRM), também nomeados como Motores de Passo de Relutância Variável.
Existem duas características essenciais que distinguem o SRM do VRM:
  1. A primeira delas é o ângulo de condução de corrente em cada fase, que, no caso do SRM, deve ser sincronizado com a posição do rotor, usualmente por meio de um sensor de posição. 
  2. A segunda diferença entre os motores é que o SRM é projetado para apresentar bom rendimento em altas velocidades, rendimento este comparável ao servomotor síncrono a ímãs permanentes (IP). Já o VRM, por sua vez, é usualmente projetado para uma faixa de velocidades limitada.
Estas características resultam em diferenças fundamentais na geometria, no circuito-conversor, no controle, e no procedimento de projeto. O SMR é mais do que um motor de passo de alta velocidade. Ele combina muitas qualidades dos servomotores de indução, dos CC e também dos motores síncronos a imãs permanentes. Seu desempenho e baixo custo potencial de produção o faz do Motor de Relutância Chaveada um grande competidor destes servomotores.

]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902526 lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902527 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902527 Classificação lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902528 Em termos gerais, este Motor de Relutância Chaveada (SRM), que estamos tratando aqui, é classificado como motor síncrono, tendo em vista que a onda de permeância fica em sincronismo com a onda da força magnetomotriz.
Ademais, tal SRM geralmente é classificado quanto ao número de polos do rotor e do estator. A Figura 1, acima, demonstra o corte transversal de um motor de configuração 6 por 4 (6x4), contendo 6 polos no estator e 4 polos no rotor.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902528 Funcionamento lucasggmviegas2 https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902529 Em termos gerais, os motores elétricos podem ser subdivididos em dois tipos, de acordo com a maneira que eles produzem torque: de maneira eletromagnética, ou pela variação da relutância.
Para o primeiro caso, o movimento é produzido pela interação de dois campos magnéticos, um gerado pelo estator e o outro pelo rotor, de modo que ambos os campos tendem a se alinhar.
Já no caso do torque por meio da relutância, o movimento é produzido como resultado da relutância variável entre o rotor e o estator, de modo que o entreferro varia com a posição do eixo. Tal feito será melhor explicado posteriormente.]]> 2022-12-11 16:57:02 UTC https://padlet.com/lucasggmviegas2/u0y57qfbai166ovc/wish/2416902529