Caracterização e análise do ruído acústico em actuadores de relutância variável comutados - Salvado, José António da Costa (2018)
Os accionamentos electromecânicos baseados no princípio da variação da relutância magnética têm merecido uma atenção considerável de investigação nas duas últimas décadas. Entre as razões que justificam esse interesse destacam-se a simplicidade de construção, a robustez e os elevados valores de força produzidos. Estas características fazem deste tipo de actuadores soluções robustas e eficientes para accionamentos, com aplicação em várias áreas. No entanto, sendo esta uma tecnologia de accionamento relativamente recente, se comparada com as máquinas eléctricas tradicionais, como por exemplo as de indução magnética, existem aspectos a melhorar e limitações a suprir e que abrem oportunidades para o desenvolvimento de trabalho científico. É esse o caso dos actuadores de relutância variável, designadamente nos elevados valores de forças produzidas e na sua ondulação (ripple). Essa ondulação resulta das variações das correntes de excitação de fase, com origem nos processos de comutação dos dispositivos electrónicos de potência para ajuste e regulação dos perfis de corrente. Os elevados valores de força produzidos, aliados ao ripple, causam vibrações que, por sua vez, além de dificultar o controlo e o acoplamento de cargas, emitem ruído acústico e aceleram o desgaste das peças mecânicas. O tema das vibrações em actuadores de relutância variável comutados tem sido tratado em diversos trabalhos de investigação, mas, de modo quase exclusivo para os actuadores rotativos. No entanto, permanecem em aberto os estudos acerca desse tema para os actuadores lineares, bem como propostas de soluções que visem mitigar os seus efeitos e assim contribuir para a disseminação desta tecnologia de accionamentos. Este trabalho é, portanto, motivado pela necessidade de caracterização das vibrações em actuadores de relutância variável, em especial nos actuadores com configuração linear. Além da revisão do estado da arte sobre o tema, nesta tese propõem-se métodos e ferramentas para aquisição e análise das vibrações neste tipo de actuadores. Propõem-se métodos de análise numérica e abordagens experimentais para o estudo e a caracterização das vibrações. Apresentam-se propostas quanto às instalações de teste, ao banco de ensaios e à respectiva configuração, bem como os protocolos de teste a adoptar. Para análise dos dados e suporte à caracterização propõem-se ferramentas computacionais desenvolvidas especificamente para esse fim. Os resultados que se apresentam, analisam e discutem, são obtidos por simulação computacional, através do método dos elementos finitos, e por métodos experimentais. Esses resultados permitem validar a análise numérica e sustentam a análise harmónica das vibrações, e a sua caracterização, tanto por excitação modal experimental como por excitação operacional. Este trabalho visa assim contribuir para o avanço científico e tecnológico no que respeita à caracterização das vibrações em actuadores de relutância variável, com propostas de métodos de análise sustentadas em resultados validados experimentalmente. Aponta também algumas direcções e temas de trabalho para investigação no futuro. Além disso, na opinião do autor, revela-se de grande importância uma vez que se enquadra numa nova linha de investigação no seio do grupo de trabalho, na UBI, no qual existe trabalho de investigação anterior sobre os actuadores lineares de relutância variável comutados.