Desenvolvimento de núcleos para rotor e estator de servomotor de até 400 W a partir da liga Fe2%P sinterizada

Abstract

Este trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um servomotor síncrono, com potência de até 400 W, trifásico, de corrente alternada, de oito polos, com núcleo do rotor e estator obtidos a partir da liga Fe2%P, construído por metalurgia do pó (M/P) e ímãs permanentes de Nd-Fe-B, usualmente montado a partir de chapas de aço laminadas. O servomotor foi montado em uma bancada, funcionando como gerador, acoplado a um motor elétrico, como máquina primária, acionado por um inversor trifásico, para avaliação das perdas totais no servomotor com núcleo de Fe2%P. Inicialmente, foram obtidos corpos de prova para a avaliação das propriedades físicas, mecânicas, magnéticas e elétricas, e para a avaliação das perdas em ensaio de frequência da liga a ser utilizada, sendo, na sequência, o desenvolvimento do projeto do motor, a fabricação dos componentes, a sua montagem e o seu sistema de acionamento. Os resultados apresentados, a partir dos corpos de prova, referentes às propriedades físicas, indicam que se deve realizar estudos iniciais para a avaliação dos efeitos de contrações no projeto, devido ao processo de sinterização da liga estudada, na avaliação das propriedades mecânicas, de dureza e resistência mecânica superiores em relação às chapas utilizados no servomotor convencional. Ensaios das propriedades elétricas demonstraram valor de resistividade de 207 µΩm, promovendo a redução das perdas por correntes induzidas e das perdas por correntes parasitas. As propriedades magnéticas encontradas de permeabilidade relativa, de 2.802,3 [-], e de indução de saturação, de 1,17 T, que, segundo a literatura, são valores maiores obtidos em relação ao aço baixo carbono, coercitividade de 306,71 A/m e o magnetismo remanente de 0,84 T e perdas por histerese encontradas, são divergentes com os descritos na literatura sobre material sinterizado com a mesma liga, sendo que o ensaio de perdas magnéticas no material sinterizado apresentou valores equivalentes aos das chapas laminadas em frequências elevadas. O ensaio do servomotor na banca, como gerador, apresentou eficiência inferior em relação ao servomotor de chapas, efeito detectável pela presença de perdas por correntes parasitas. Sendo assim, os resultados demonstram que a liga estudada não apresenta uma melhor seleção de material apropriado para substituição das tradicionais construções em chapas de motores elétricos que operam em baixa frequência.

This work aims to develop a synchronous servomotor, with a power of up to 400 W, three-phase, eight-pole, alternating current, with rotor and stator core obtained from Fe2%P alloy, built by powder metallurgy (M/P) and Nd-Fe-B permanent magnets, usually assembled from laminated steel sheets. The servomotor was mounted on a bench, functioning as a generator, from another motor as a primary machine, driven by a three-phase inverter to evaluate the total losses in the servomotor with Fe2%P core. Initially, specimens were obtained to evaluate the physical, mechanical, magnetic, electrical properties and evaluation of losses in the frequency test of the alloy to be used, followed by the development of the motor design, manufacture of the components their, assembly, and your drive system. The results presented from the specimens, of the physical properties, indicate that initial studies should be carried out to evaluate the effects of contractions in the project due to the sintering process of the studied alloy, in the evaluation of mechanical properties, hardness and mechanical strength, superior in relation to the plates used in the conventional servomotor. Tests of the electrical properties showed a resistivity value of 207 µΩm, promoting the reduction of induced current losses and eddy current losses. The magnetic properties found of relative permeability, of 2,802.3 [-] and saturation induction, of 1.17 T, which, according to the literature, are higher values obtained in relation to low carbon steel, coercivity of 306.71 A/m and the remanent magnetism of 0.84 T and hysteresis losses found, are different from those described in the literature on sintered material with the same alloy, and the test of magnetic loss in the sintered material showed values equivalent to those of laminated steel sheets at high frequencies. The servomotor test on the bench, as a generator showed lower efficiency compared to the plate servomotor, an effect detectable by the presence of eddy current losses. Thus, the results demonstrate that the alloy studied does not present a better selection of appropriate material to replace the traditional sheet metal constructions of electric motors that operate at low frequency.