À medida que os equipamentos elétricos agrícolas evoluem em direção à eletrificação e à inteligência, os motores síncronos de ímã permanente (PMSM) tornaram-se o ideal solução de acionamento para tratores elétricos devido à sua alta eficiência, alta densidade de potência e controle preciso. Abaixo estão as principais considerações de projeto para PMSM em tratores.
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Recurso |
PMSM |
Motor de indução (IM) |
Motor CC |
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Eficiência |
92%–96% |
85%–90% |
75%–85% |
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Densidade de Potência |
Alto (compacto e leve) |
Médio |
Baixo (requer comutador) |
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Controle de velocidade |
Excelente (controle vetorial) |
Ruim (depende do VFD) |
Bom (mas precisa de pincéis) |
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Manutenção |
Livre de manutenção |
Baixa manutenção |
Alto (desgaste da escova) |
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Custo |
Superior (ímãs de terras raras) |
Baixo |
Moderado |
Aplicações:
• Transmissão principal para tratores elétricos (em substituição aos motores diesel).
• Eletrificação da TDF (Tomada de Força).
• Acionamentos de bombas hidráulicas/sistemas auxiliares.
Os tratores operam em condições complexas, exigindo tanto alto torque em baixas velocidades (aragem) e transporte eficiente de alta velocidade:
• Tratores pequenos (25-50 HP): Motor pmsm de 20–40 kW, torque nominal 150–300 Nm.
• Tratores médios (50-100 HP): motor pmsm de 40–75 kW, torque nominal 300–600 Nm.
• Tratores grandes (mais de 100 HP): motor pmsm de 75–200 kW, torque nominal de 600–1500 Nm.
Demanda de pico de torque (Sobrecarga de curto prazo):
• Requer torque nominal de 2–3× durante aração ou escalada.
• O controle de enfraquecimento de campo é necessário para ampliar a operação em alta velocidade.
• Modo de aração: 500–1500 RPM (saída de alto torque).
• Modo de transporte: 1.500–3.000 RPM (otimizado para eficiência).
• Velocidades padrão da TDF: 540/1000 RPM (deve ser correspondido com precisão).
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Solução de resfriamento |
Aplicação |
Prós e Contras |
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Resfriamento natural |
Baixa potência ( |
Dissipação de calor simples, de baixo custo, mas limitada. |
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Resfriamento por ar forçado |
Tratores médios (20–50 kW) |
Requer ventilador, aumenta o consumo de energia. |
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Resfriamento líquido |
Alta potência (>50 kW) |
Resfriamento eficiente, adequado para cargas pesadas contínuas. |
Recomendação:
• Resfriamento duplo líquido + óleo (para tratores de alta potência, por exemplo, 200+ kW).
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Tipo |
Características |
Aplicação |
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Montado em superfície (SPM) |
Ondulação simples e de baixo torque, mas propensa à desmagnetização em altas velocidades. |
Tratores pequenos/médios. |
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Interior (IPM) |
Alta resistência à desmagnetização, ampla faixa de velocidade, robusto. |
Tratores grandes/de alta velocidade. |
Recomendação:
• PM interior (IPM) (equilibra requisitos de alta velocidade e sobrecarga).
• Pares de pólos: Normalmente 4–8 pólos (equilibra velocidade e torque).
♦ Exemplo: 1000 RPM → 4 pólos (33 Hz), 8 pólos (66 Hz).
• Slots do estator: 36 ou 48 slots (reduz o torque e o ruído de denteamento).
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Materiais |
Remanência (Br) |
Coercividade (Hc) |
Custo |
Adequação |
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NdFeB |
1,0–1,4T |
800–2000 kA/m |
Alto |
Tratores de alto desempenho. |
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Ferrita |
0,4–0,5T |
200–400 kA/m |
Baixo |
Tratores leves de baixo custo. |
Recomendação:
• Ímãs NdFeB (alta densidade de energia, ideal para tratores de alto desempenho).
Controle Orientado a Campo (FOC):
• Desacopla o controle de torque/velocidade para uma resposta dinâmica rápida.
• Ideal para demandas instantâneas de alto torque durante a lavoura.
Controle Direto de Torque (DTC):
• Operação sem sensor, robusta, mas com maior ondulação de torque.
Codificadores (alta precisão, por exemplo, codificadores absolutos de 17 bits).
Controle sem sensor (reduz custos, mas degrada o desempenho em baixa velocidade).
Nível de tensão: 400V (pequenos/médios), 600V (tratores elétricos grandes).
MOSFETs de SiC: Comutação de alta frequência para perdas reduzidas.
• Acionamento direto: O motor se conecta diretamente ao sistema de transmissão (elimina a caixa de câmbio, mas requer motores de alto torque).
• Paralelo híbrido: PMSM + motor diesel (solução transitória).
• Capacidade da bateria:
♦ Elétrico puro: 100–300 kWh (4–8 horas de operação).
♦ Híbrido: 20–50 kWh (potência auxiliar).
• Frenagem regenerativa: Recupera energia durante a desaceleração.
• Classificação de proteção: IP67 (à prova de poeira/à prova d'água para condições agrícolas adversas).
• Resistência à vibração: Rolamentos e estrutura reforçados (para terrenos acidentados).
John Deere SESAM (trator elétrico puro):
• Drive PMSM duplo (300 kW no total), com refrigeração líquida.
Trator Elétrico YTO (China):
• Motor IPM de 120 kW, controle FOC, autonomia de 5 horas.
► Plataformas de alta tensão (800V+): Reduz o peso do cabo e melhora a eficiência.
► Motores PM livres de terras raras: Reduz a dependência de NdFeB (por exemplo, projetos de ferrite otimizados).
► Distribuição inteligente de torque: Acionamento multimotor + diferencial eletrônico (melhora a mobilidade de campo).
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Aspecto Chave |
Solução recomendada |
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Tipo de motor |
PMSM Interior (IPM) |
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Método de resfriamento |
Resfriamento líquido (>50 kW) |
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Estratégia de controle |
FOC + codificador de alta precisão |
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Material magnético |
NdFeB |
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Tensão do sistema |
400V–600V |
PMSM em tratores deve equilibrar alto torque, ampla faixa de velocidade e durabilidade em ambientes agressivos. A otimização do projeto eletromagnético, do resfriamento e dos algoritmos de controle pode aumentar significativamente a eficiência e a confiabilidade dos tratores elétricos.
