Os motores síncronos de ímã permanente com velocidade regulada (PMSMs) são amplamente utilizados em automação industrial, veículos elétricos, elevadores e outros campos devido à sua alta eficiência, densidade de potência e excelente desempenho dinâmico. Neste contexto, a análise das características de densidade do fluxo magnético do motor é particularmente importante, uma vez que os níveis de saturação do densidade de fluxo dentário (B_t) e densidade de fluxo de jugo (B_y) afetam diretamente o desempenho e a confiabilidade do motor.
PMSMs com velocidade regulada normalmente consistem em um rotor, estator e enrolamentos. O rotor é incorporado com ímãs permanentes e o campo magnético rotativo interage com a corrente nos enrolamentos do estator para acionar o motor. Uma característica fundamental dos PMSMs é que sua velocidade é proporcional à frequência atual e exibem um alto fator de potência com perdas mínimas.
Em PMSMs, a densidade de fluxo dentário (B_t) refere-se à densidade do fluxo magnético nos dentes do estator, enquanto a densidade de fluxo na forquilha (B_y) refere-se à densidade de fluxo na região da forquilha. Ambos influenciam significativamente o desempenho de saída, vibração, ruído e fator de potência do motor.
A saturação magnética ocorre quando um material magnético atinge uma certa densidade de fluxo, além da qual aumentos adicionais na intensidade do campo magnético não aumentam significativamente a densidade de fluxo. A saturação não afeta apenas o desempenho magnético do motor, mas também reduz a eficiência e aumenta o aumento da temperatura.
A saturação na região do dente geralmente leva a alterações não lineares na saída de torque. Uma vez que ocorre a saturação, a relação entre torque e corrente desvia-se significativamente do estado ideal, particularmente sob condições de alta carga, podendo causar superaquecimento e danos ao motor.
A saturação na região do garfo distorce a distribuição do campo magnético circundante, aumentando as perdas por vazamento de fluxo e afetando negativamente o desempenho de partida e a resposta dinâmica do motor.
O software de análise de elementos finitos (FEA) pode analisar com eficácia a distribuição de densidade de fluxo sob diferentes condições operacionais. Ao simular o campo eletromagnético sob vários estados, os níveis de saturação nos dentes e na canga podem ser avaliados com precisão.
Medições experimentais das características de corrente, torque e velocidade sob diferentes cargas e velocidades podem revelar saturação. Se o torque não atender às expectativas teóricas em uma determinada densidade de corrente, a causa pode ser a saturação.
A análise da resposta de alta frequência pode revelar comportamento não linear sob cargas que mudam rapidamente, indicando indiretamente o grau de saturação nas regiões do dente e da forquilha.
A seleção de materiais apropriados e a otimização do projeto estrutural durante a fase de desenvolvimento motor podem efetivamente reduzir os riscos de saturação. O uso de materiais de alta coercividade e a otimização da geometria do rotor podem aumentar os limites de saturação.
Algoritmos de controle avançados, como controle vetorial ou controle direto de torque, podem ajudar a mitigar os efeitos negativos da saturação.
O monitoramento e ajuste em tempo real da carga e das condições operacionais podem evitar que o motor entre em regiões de saturação durante a operação.
Avaliar a saturação da densidade do fluxo do dente e do garfo é crucial para melhorar o desempenho e a confiabilidade dos PMSMs com velocidade regulada. Simulações numéricas, testes experimentais e análise de resposta de alta frequência fornecem meios eficazes para avaliar e otimizar as características magnéticas. A combinação de melhorias de design, estratégias de controle e monitoramento em tempo real garante efeitos adversos minimizados da saturação, melhorando o desempenho geral do motor.
