Avançando motores assíncronos

Para reduzir o consumo de energia e as emissões de CO2 resultantes, é necessário continuar a optimizar conceitos conhecidos e estabelecidos. Gerhard Thumm compartilha como os motores assíncronos podem se tornar mais eficientes e avançados.

As regulamentações governamentais exigem níveis cada vez mais baixos de emissões de CO2 em diversas áreas. Para atender a esses requisitos, o consumo geral de energia precisa ser continuamente melhorado. Isso inclui motores elétricos. Aproximadamente 38% da eletricidade mundial é consumida por motores elétricos em edifícios e aplicações industriais. Um tipo comum de motor elétrico é o motor de indução trifásico. Melhorias neste tipo podem proporcionar benefícios de eficiência e sustentabilidade.

As máquinas assíncronas (ASM) são constituídas por dois componentes: o estator fixo externo e o rotor giratório interno. Ao contrário dos motores síncronos de ímã permanente, essas máquinas não requerem materiais caros de terras raras. Como resultado, seu uso em aplicações automotivas tem aumentado nos últimos anos. O tamanho compacto do ASM é outra vantagem sobre um motor síncrono. Isto o torna ideal para máquinas pequenas e leves, com pouco espaço para componentes maiores. É aqui que a matemática simples entra em cena: obter mais potência com menos peso resultará em uma eficiência geral mais alta.

O potencial para um maior desenvolvimento desta máquina é particularmente notável. Uma maneira de aumentar as velocidades circunferenciais e, mais importante, a eficiência é usar materiais de cobre. Estudos demonstraram que é possível aumentar o desempenho dos sistemas ASM por um fator de 2 a 3.

Usando esse conhecimento, um anel de curto-circuito redesenhado, composto por anéis terminais segmentados, foi desenvolvido pelo Grupo Wieland.

O fato de os anéis de sombreamento consistirem em vários discos é a principal característica deste design. Esses discos são perfurados pelas hastes de formação em uma nova configuração que permite que os conjuntos de gaiola sejam soldados entre si. As barras e discos de soldagem formam uma gaiola fechada, permitindo um projeto de rotor flexível que pode ser adaptado para atender aos requisitos específicos da aplicação, mantendo ao mesmo tempo uma boa relação custo-benefício.

Este elevado grau de liberdade geométrica acarreta uma certa complexidade, que só pode ser dominada com base na experiência adquirida em projetos anteriores. Para atender aos novos requisitos da melhor maneira possível, os gerentes de projeto e engenheiros da Wieland podem acessar um grande conjunto de geometrias implementadas com sucesso.

Ao permitir o uso de diferentes materiais no anel final, este novo design é adequado para aplicações que exigem altas densidades de potência, altas classes de eficiência e altas velocidades circunferenciais. As principais aplicações incluem máquinas de tração automotiva e ferroviária e acionamentos de fusos de máquinas-ferramenta.

O design robusto permite uma ampla gama de possibilidades de desenvolvimento e melhoria, pois a simples escolha do material certo pode fazer uma grande diferença no desempenho térmico e energético.

A Wieland oferece componentes de rotor, bem como rotores completos feitos de cobre. O cobre tem condutividade elétrica cerca de 50% maior e melhores propriedades mecânicas em comparação ao alumínio, além de melhorar a eficiência dos ASMs. Assim, os rotores feitos de cobre são um componente chave em máquinas de alta velocidade, onde a temperatura, a potência e a densidade de energia são críticas.

Na maioria dos outros processos de fabricação, os altos níveis de choque térmico e temperaturas durante o processo de fabricação do rotor são críticos para as ferramentas e componentes da gaiola utilizados. A fadiga térmica de componentes e ferramentas geralmente é inevitável devido às altas temperaturas. A microestrutura do componente é normalmente muito macia após a produção, enquanto no novo design os anéis de curto-circuito são compostos por vários discos individuais. Após as barras de formação terem sido inseridas na pilha de folhas, os anéis terminais são montados no topo da pilha de folhas sobre os perfis das barras de formação. Este projeto permite geometrias de anel final “híbridas”. Ou seja, diferentes materiais de cobre ou anéis finais de aço podem ser combinados.