Estação de ensaio para motores dc de imã permanente

Abstract

Motores elétricos estão presentes direta ou indiretamente na vida das pessoas, escondidos dentro de aparelhos eletrodomésticos e brinquedos, eles são os responsáveis por darem vida a muitos dos equipamentos utilizados no dia a dia. Estão presentes na indústria, aumentando e otimizando a produção, e nos modais de transporte, oferecendo um meio sustentável para o deslocamento de cargas e pessoas em grandes distâncias. Para alcançar todas essas aplicações, muitos estudos, ensaios e testes foram realizados, e para tal, analisar todos os princípios físicos para compreender seu funcionamento foi o ponto de partida. Compreender como todas as grandezas eletromecânicas mensuráveis e as que se obtém a partir delas se relacionavam durante o funcionamento do motor foi a motivação principal para a realização desse trabalho, além de implementar um método para mensurar o torque, que é uma das grandezas mais importantes do motor e uma das mais difíceis de se obter experimentalmente. Este trabalho de conclusão de curso apresenta um protótipo de uma estação de ensaio para motores de corrente contínua com imãs permanentes e que consumam no máximo até 200W. Esta estação é composta por um sistema de sensores que capturam as grandezas relevantes para o funcionamento do motor, como rotação por minuto (rpm), corrente elétrica, temperatura e torque, e são processadas por um microcontrolador de acordo com a programação estabelecida. Estas grandezas são apresentadas em um display de LCD em tempo real. A estação é composta por um motor “ativo” (energizado) acoplado mecanicamente a outro motor semelhante que irá operar de maneira “passiva” (gerador). Quando o gerador estiver produzindo tensão entre seus terminais, um potenciômetro irá drenar corrente elétrica atuando como uma carga. Este conjunto (gerador – potenciômetro) atua como um freio magnético para o motor a ser ensaiado, podendo assim, atuar como uma carga variável para dimensionamento do torque. Através dos ensaios do protótipo, foi possível estabelecer a relação entre as grandezas relevantes para o funcionamento do motor, e expressá-las através de gráficos.

Electric motors are present directly or indirectly in people’s lives, hidden inside appliances and toys, they are responsible for giving life to many on the equipment used in daily life. They are present in the industry, increasing and optimizing production, and in transport modes, offering a sustainable means for the displacement of loads and people over long distances. To achieve all of these applications, many studies, trials and tests have been carried out, and for that, analyzing all the physical principles to understand their functioning was the starting point. Understanding how all the measurable electromechanical quantities and those obtained from them were related during the operation of the engine was the main motivation for carrying out this thesis, in addition to implementing a method to measure the torque, which is one of the most important quantities of the engine and one of the most difficult to obtain experimentally. Thesis this work is presented a prototype of a rehearsal station for DC motors with permanent magnets that consumes less than 200W. This station is composed by a sensor system that captures the relevant quantities for the engine operation, like revolutions per minute (RPM), current, temperature and torque, which are processed by a microcontroller according to the set program. These quantities are presented in an LCD display in real time. The station contains an “active” motor (energized) mechanically connected to a similar motor that operates in a passive way (generator). When the generator produces voltage in its terminals, a potentiometer drains current acting as a charge. This set (generator-potentiometer) acts as a magnetic brake for the motor to be tested and works with variable charge for torque dimensioning. Through the prototype experiments it was possible to provide the relation between the relevant quantities for the engine operation and express them in charts.