Método analítico para projeto elétrico e magnético de motores brushless DC

Abstract

Compressores da topologia VCC (do inglês, Variable Capacity Compressor) vêm sendo estudados desde o final do século XX como solução aos problemas de ruído e consumo energético característicos de compressores tradicionais, chamados On-Off. Os VCC’s são equipados de motores Brushless Direct Current (também conhecidos como BLDC), cuja velocidade é ajustada conforme a demanda de refrigeração varia ao longo do dia. Visando auxiliar engenheiros e especialistas quanto ao projeto e análise de produtos do tipo VCC, este trabalho apresenta um método analítico de cálculo para os projetos elétrico e magnético de motores BLDC aplicados a compressores herméticos. Este método consiste na determinação de parâmetros relevantes de máquinas elétricas de ímãs permanentes como eficiência, torque, tensão de Back-EMF, indutâncias, etc, a partir de dados de entrada fornecidos pelo usuário a exemplo do esquema de bobinagem adotado, características dos aços elétricos e dos ímãs, dimensionais do estator e do rotor, entre outros. Para validar o método proposto, comparou-se os resultados obtidos com o ferramental analítico com os resultados de medições em dinamômetro a partir de um protótipo de BLDC. Como houve uma boa concordância entre os mesmos, considera-se que os objetivos do trabalho foram atingidos.

VCC compressors (from english, Variable Capacity Compressor) have been studied since final of 20th century as a solution for noise and power consumption issues observed on traditional compressor, known as On-Off. VCC’s are equipped of a Brushless Direct Current motor, whose velocity is adjusted according the refrigeration demand along the day. In order to help engineers and specialists in the project and analysis of VCC products, this work presents an analytical method used to the electrical and magnetic projects of BLDC motors, destined to hermetic compressors applications. This method consists in the determination of relevant electrical machines parameters like efficiency, torque, Back-EMF voltage, inductances, etc, from the data provided by the user, for example the winding connection scheme, the electrical steel and permanent magnet characteristics, the stator and rotor dimensions, and others. To validate the proposed method, a comparative analysis was established between the calculations obtained and the measurements via dynamometer in a BLDC prototype. Due to the good concordance observed on these results, the objectives of this paper were accomplished.