O que é um motor síncrono de relutância?
Princípio de funcionamento
O motor síncrono de relutância (SynRM) tem um rotor feito apenas de chapas de aço: sem ímãs, sem gaiola e sem enrolamentos. Ranhuras de ar curvas, chamadas barreiras de fluxo, deixam o rotor magneticamente assimétrico: a indutância é alta no eixo direto (Ld) e baixa no eixo em quadratura (Lq). O campo do estator puxa para si o caminho de fluxo fácil, o eixo d, e essa atração é o torque: T = 1,5·p·(Ld − Lq)·id·iq. Com Ld = Lq não haveria torque.
Saliência e fator de potência
A razão de saliência ξ = Ld/Lq mede o quanto as barreiras funcionam bem. Um ξ maior dá mais torque por ampère e melhor fator de potência, que nunca pode passar de (ξ − 1)/(ξ + 1). Com ξ = 6 o teto é cerca de 0,71, e as máquinas reais operam entre 0,6 e 0,8. Sem campo no rotor, o estator precisa fornecer toda a corrente de magnetização, por isso o fator de potência é menor que o de um motor de ímãs permanentes.
Controle por inversor e MTPA
Um SynRM não consegue partir nem funcionar direto na rede: um inversor precisa criar o campo girante e orientar o vetor de corrente. O inversor divide a corrente em id (fluxo) e iq (torque). Com ferro linear, o torque por ampère é máximo com ângulo de corrente de 45° em relação ao eixo d, o ponto de máximo torque por ampère (MTPA); a saturação o desloca para cima. Outras estratégias, como o máximo fator de potência, gastam mais corrente para obter melhor cos φ.
Velocidade, enfraquecimento de campo e usos
O rotor gira exatamente na velocidade síncrona, 120·f/p, sem escorregamento. Acima da velocidade base o limite é a tensão do inversor, então o inversor reduz id (enfraquecimento de campo) e aumenta iq para manter o torque, até o torque disponível cair. Sem perdas no rotor nem ímãs, os SynRM operam frios, são baratos e fáceis de reciclar. São usados em bombas, ventiladores e compressores como alternativa IE4 e IE5 aos motores de indução.
Perguntas frequentes
- Como um motor produz torque sem ímãs nem enrolamentos no rotor?
- Por relutância. As barreiras de fluxo tornam o rotor fácil de magnetizar no eixo d e difícil no eixo q. O campo do estator tenta alinhar o eixo fácil com ele, e essa força é o torque, proporcional a (Ld − Lq)·id·iq. Coloque a razão de saliência em 1 no simulador e o torque desaparece.
- Por que o fator de potência de um SynRM é baixo?
- O rotor não traz fluxo próprio, então a corrente do estator precisa fornecê-lo por inteiro e acaba sendo em grande parte reativa. Em uma máquina sem perdas o fator de potência não passa de (ξ − 1)/(ξ + 1), de modo que só uma saliência alta dá um bom valor. Altere ξ e observe o limite no gráfico.
- Um motor síncrono de relutância pode funcionar direto na rede?
- Não. Ele não tem gaiola para partir nem campo para manter o sincronismo, por isso precisa de um inversor que aumente a frequência e defina o ângulo da corrente. O motor então segue a velocidade comandada com exatidão. Aumente a velocidade acima de 100 % e o simulador mostra o enfraquecimento de campo.