Proposta de uma metodologia para obtenção de um gerador síncrono com rotor de ímãs permanentes inclinados axialmente para microcentrais elétrica a partir de motor de indução

Abstract

As máquinas síncronas de ímãs permanentes têm a vantagem de não consumir energia para a criação do campo magnético no rotor. O propósito específico desta Tese é o projeto, a construção e a avaliação de uma máquina com grande número de polos, de enrolamentos concentrados, com ímãs permanentes inseridos no interior do rotor, com duas formas geométricas diferentes: um com ímãs alinhados e a outra com ímãs inclinados axialmente. As justificativas para este estudo foram a possibilidade de eliminação de multiplicadores mecânicos de velocidade e sistemas auxiliares de excitação em centrais geradoras de energia. O projeto usou um motor de indução trifásico com rotor gaiola de esquilo de 250W de 12 polos. Partindo dos próprios dados construtivos do estator, calculou-se a densidade de fluxo magnético, especificando os ímãs permanentes de neodímio. No desenvolvimento foi construído um novo rotor modular e simples. Posteriormente, a máquina foi avaliada em laboratório com o objetivo de verificar a quantidade e a qualidade da energia com a máquina atuando como gerador. Por último, os resultados encontrados na avaliação da máquina funcionando como gerador com ímãs alinhados revelaram distorção harmônica total (DHT) 16%, capacidade de geração 475W a 221V – 60Hz e como aspecto desfavorável o alto torque de travamento. Com ímãs inclinados, DHT de 7 a 8%, capacidade de geração de 236W a 195V – 60Hz e baixo torque de travamento. Este trabalho mostra que os ímãs inclinados modularmente são uma opção de máquinas elétricas com satisfatório desempenho da máquina como gerador de energia com razoável qualidade no contexto de geração distribuída de pequena potência. Além das condições técnicas têm-se o baixo custo e a manutenção reduzida do gerador com ímãs inclinados em relação aos geradores síncronos convencionais

Synchronous machines of permanent magnets present the advantage of no power consumption for the creation of the magnetic field in the rotor. The specific purpose of this thesis is the project, its construction and the evaluation of a multi-pole of concentrated coils with permanent magnets inserted in the rotor by two different geometrical forms: aligned and skewed magnets. The vindications for this study were the possibility of eliminating both the mechanical speed reducers and the excitation energy systems in electrical powerplants. The project used a three-phase induction motor (squirrel cage rotor type) of 250W and 12 poles. Starting from the original stator constructive data, we proceeded the calculi of the magnetic flux density to determine the remanent flux of the neodymium permanent magnets. In the development of the work, a new simple and modular rotor was constructed. Subsequently, the machine was evaluated in a laboratory with the purpose of checking the quantity and quality of energy produced operating as a generator. The results obtained in the evaluation of the motor operating as a generator equipped with aligned magnets were 16% of total harmonic distortion (THD), with a generating capacity of 475W at 221V – 60 Hz, though with an adverse aspect of needing a high inertial torque (cogging torque). The machine working with skewed magnets produced 7 and 8% of total harmonic distortion (THD), with a generating capacity of 236W at 195V – 60 Hz and a low cogging torque. This work demonstrated that the modular skewed magnet is an option of electrical machines presenting satisfactory performance as a generator with a reasonable quality in the context of small distributed power generation. Besides the technical conditions, it should also be considered the low cost and reduced maintenance of skewed magnets in relation to the conventional synchronous generators