L EDNINGSTRASÉER

Como descrito até aqui, os accionamentos anteriores encontram, regra geral, aplicabilidade em situações onde a amplitude de movimento e a força produzida são muito reduzidas. Para amplitudes de movimento ou forças produzidas mais elevadas as soluções apresentadas dificilmente podem ser utilizadas. É comum, então, a escolha de accionamentos do tipo magnético.

O accionamento indutivo foi o primeiro a ser estudado e aplicado com sucesso. Todavia, nos últimos anos o accionamento com magnetos permanentes tem vindo a impor-se no mercado, apesar dos seus custos elevados. Uma alternativa ao custo desta última forma de accionamento é a utilização do efeito de relutância variável no accionamento linear, o que justifica o facto do interesse por esta forma de accionamento estar a aumentar.

Accionamento Indutivo

Um actuador linear de indução pode ser projectado com base num dispositivo de indução rotativo. A diferença significativa reside no facto de o rotor e o estator sofrerem uma planificação, passando o rotor a receber a designação de translato. Deste modo, a força produzida é linear. Esta tecnologia não é nova, apenas o é na forma como se utiliza. O próprio actuador linear de indução é já um dispositivo utilizado desde há alguns anos [17], proposto e desenvolvido na década de quarenta por Eric Laithwaite.

A Fig. 1.7 representa um magneto que se desloca para a direita com uma determinada velocidade. O deslocamento faz com que o fluxo produzido à frente do magneto aumente com o tempo, enquanto que atrás diminua. Se o plano colocado debaixo do magneto for condutor, então irão ser induzidas correntes com o sentido representado nessa figura. A aplicação da Lei de Lorentz justifica a força produzida pela interacção entre as correntes induzidas e o fluxo magnético. Se o plano condutor estiver colocado numa superfície de baixo coeficiente de atrito então será arrastado com o magneto. Para que a velocidade possa ser mantida, o objecto que move o magneto deve produzir uma força igual mas de sinal contrário à força induzida no plano condutor. Se o plano condutor for bloqueado e o translato produzir um campo magnético viajante para a direita, então o translato vai deslocar-se para a esquerda. A amplitude do movimento horizontal é apenas limitado pelo comprimento do estator. O campo magnético pode ser

Introdução e Enquadramento do Trabalho

11 conseguido através de um enrolamento trifásico instalado no translato. A tensão pode variar de amplitude e de frequência para controlar o desempenho do actuador.

Fig. 1.7 – Representação do princípio de funcionamento do actuador linear de indução

Existem no mercado várias versões deste dispositivo, com diferentes potências, velocidades, ou frequências de funcionamento. O controlo do actuador é muito simples: acções como o arranque, a paragem e a inversão de marcha são muito fáceis de realizar. A sua reposta dinâmica é boa, com capacidade para atingir grandes acelerações e desacelerações [18].

Accionamento com Magnetos Permanentes

A primeira aplicação desta tecnologia foi feita nos dispositivos rotativos, onde, tipicamente, o estator é bobinado, enquanto que o rotor possui magnetos permanentes. Com a correcta sequência de excitação das várias fases do estator é possível criar um binário que faz rodar o dispositivo. O actuador linear de magnetos permanentes pode ser obtido dispondo sucessivas planificações do estator, condicionando assim a amplitude de movimento desejada. A Fig. 1.8 ilustra o resultado dessa acção [19].

Fig. 1.8 – Representação do actuador linear de magnetos permanentes

Tal como no caso rotativo, os actuadores lineares são compostos por dois elementos, de cuja interacção resulta a força de tracção. O estator não se encontra magnetizado e possui uma sequência de magnetos permanentes, enquanto que o translato é composto por cavas e dentes bobinados.

O princípio de funcionamento deste actuador é muito simples [20]. A alimentação sequencial das bobinas, gerida por um controlador dedicado, produz um campo

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magnético cuja interacção com o campo produzido pelos ímanes permanentes origina uma força que fará movimentar o actuador numa determinada direcção. Quando o actuador deixa de ser alimentado, os magnetos permanentes tendem a alinhar o translato e produzir uma força que o mantém nessa posição. Uma vantagem dos actuadores de magnetos permanentes é a possibilidade de funcionamento em controlo aberto. No entanto, possui a desvantagem de não desenvolver uma força constante.

Accionamento de Relutância Variável Comutado

A relutância de um circuito magnético é um parâmetro que indica as dificuldades que as linhas de fluxo encontram no seu percurso magnético. Qualquer sistema magnético procura minimizar a sua relutância magnética através do deslocamento de uma das suas peças móveis.

A utilização mais simples do efeito da relutância variável é o electromagneto. Este dispositivo, quando excitado, procura reduzir a relutância do seu circuito magnético, reduzindo o comprimento do entreferro existente entre a armadura e o êmbolo.

O actuador de relutância variável comutado (RVC) reúne duas das vantagens dos dois tipos de actuadores descritos anteriormente: a simplicidade construtiva do actuador de indução e a eficácia do actuador de magnetos permanentes. Basicamente, e numa das possíveis configurações, é constituído por um estator, que possui um conjunto de saliências e cavas, e um translato que, para além das saliências e das cavas, possui um conjunto de bobinas/fases que criam a excitação electromagnética [21]. A Fig. 1.9 esquematiza o princípio de funcionamento destes actuadores.

Fig. 1.9 – Representação do actuador de RVC

Quando uma fase do translato não está alinhada com os dentes do estator e é excitada, origina-se uma força F que tenderá a provocar o alinhamento. De notar que só a componente tangencial da força F (força de tracção Fx) contribuirá para o movimento linear, uma vez que se supõe que o translato apenas se pode movimentar horizontalmente.

Podemos observar que o perfil da força de atracção Fz (Fig 1.10a)) exibe um valor máximo na posição de alinhamento, enquanto que a força de tracção Fx (Fig 1.10b)) é nula nessa posição.

Introdução e Enquadramento do Trabalho 13 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0 1 2 3 4 0 100 200 300 400 500 600 F o rç a de at rac ç ão [ N ] Corr_ente [A] Posição [m] -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0 2 4 -150 -100 -50 0 50 100 150 Posição [m] C o rre_n te [A ] F o rç a de t rac ç ão [ N ] a) b)

Fig 1.10 – Mapas função da corrente e da posição: a) Força de atracção, b) Força de tracção

Da análise da Fig 1.10 podemos concluir que a excitação da fase na posição de alinhamento nunca será desejável já que a sua contribuição para o movimento será nula, provocando simultaneamente esforços mecânicos desnecessários. O grande obstáculo à utilização deste tipo de accionamento consiste em determinar como e quando excitar as diferentes fases do actuador. A alimentação das fases será feita através de uma electrónica de regulação e comando como, por exemplo, a da Fig. 1.11.

Fig. 1.11 – Exemplo de circuito electrónico de comando e regulação

Para além destes circuitos electrónicos, são necessários sistemas de controlo com capacidade de identificação do estado da máquina e, mediante essa informação, actuar os interruptores de potência Q1, Q2 e Q3.