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07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Desenvolvimento de um Motor Linear para Acionamento de um Elevador – Projeto Magnelever TCC – Engenharia Elétrica Vagner Souza.

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1 07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Desenvolvimento de um Motor Linear para Acionamento de um Elevador – Projeto Magnelever TCC – Engenharia Elétrica Vagner Souza Fagundes Orientadora: Dra. Profa. Enga. Eletricista Marília Amaral da Silveira Estamos aqui para apresentar o trabalho de conclusão do curso da eng. Elétrica o meu nome Vagner Fagundes e o meu trabalho recebe o titulo de Projeto Magnelever

2 Descrição do Elevador de Tração:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Elevador de Tração: Contrapeso Cabina Máquina de tração Primeiramente será apresentada uma descrição de um elevador atual Temos aqui uma figura com uma estrutura simplificada de elevador de tração, o qual é composto por uma cabina, um contrapeso que está interligado pelos cabos de aço ambos localizados na caixa de corrida e também temos a máquina de tração localizada na casa de máquinas. A máquina de tração tem a função de realizar o deslocamento da cabina e contrapeso pela movimentação da polia de tração, a qual recebe os cabos de aço. Estrutura básica do elevador de tração Projeto Magnelever

3 Descrição da Máquina de Tração:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Máquina de Tração: Máquina de tração sem engrenagem Motor elétrico Polia de tração Motor elétrico Polia de tração Caixa de engrenagem Caixa de engrenagem Eixo sem-fim Corroa dentada Aqui é apresentada uma máquina de tração com engrenagem, podendo visualizar a polia de tração, motor elétrico e caixa de engrenagem A máquina de engrenagem tem a vantagem de reduzir a potencia do motor, mais a sua máxima velocidade é 120 m/mim, Aqui a caixa de engrenagem tendo o eixo sem-fim e uma coroa dentada, a coroa denta fica parcialmente mergulhada no óleo e o eixo é acoplado ao motor elétrico. Aqui é apresentada a máquina sem engrenagem tendo a sua polia de tração acoplada diretamente ao eixo do motor, este modelo de máquina pode atingir a velocidade de ate 500m/mim, este modelo de máquina é utilizado geralmente em prédios comerciais de alto trafego. Máquina de tração com engrenagem Projeto Magnelever

4 Descrição do Elevador Hidráulico:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Elevador Hidráulico: Atenuador de pulsação Filtro Bomba Motor Filtro Êmbolo Cabina Pistão hidraúlico Unidade de potência do elevador hidráulico Aqui é apresentada outra estrutura de elevador Sendo elevador hidráulico composto por cabina, um pistão hidráulico e uma unidade de potencia. A unidade de potencia tem a função equivalente da máquina de tração, tendo a função de bombeando óleo para o pistão assim deslocando o embolo e movimentando a cabina. Unidade de potência Elevador hidráulico Projeto Magnelever

5 Descrição do Motor Linear na Cabina
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Motor Linear na Cabina A primeira patente concedida com o uso da máquina linear em elevadores foi obtida por K. Kudermann em 1970 A proposta desse sistema consiste em um contrapeso e dois indutores do motor linear em ambos os lados da cabina e a placa de reação ficando presa ao longo do seu percurso dentro da caixa de corrida. Aqui é apresentada a primeira patente do elevador com o motor linear. Motor linear instalado na cabina Projeto Magnelever

6 Descrição da Obtenção do Motor Linear
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Obtenção do Motor Linear Um motor linear pode ser visto com um motor rotativo tradicional que teve o seu estator cortado radialmente e depois desenrolado. A parte móvel é normalmente conhecida como cursor ou secundário (no caso de motores lineares de indução) e a parte fixa é chamada de pista ou primário (também para o caso de motores lineares de indução). Um motor linear pode ser obtido com um motor rotativo tradicional que teve o seu estator cortado radialmente e depois desenrolado. Obtenção de um Motor Linear a partir de um motor rotativo Projeto Magnelever

7 Objetivos e Benefícios propostos:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Objetivos e Benefícios propostos: O objetivo deste trabalho é desenvolver um motor linear que substitua a máquina de tração e dispense o uso do contrapeso e cabos de aço na movimentação da cabina ao longo da caixa de corrida. Aqui é mostrado um gráfico onde podemos ver que a eficiência do elevador com cabos e sem cabos aços, a eficiência do elevador com cabos tende a zero a partir de 2800m, enquanto o elevador sem cabos de aço eficiência é constante. Projeto Magnelever

8 Descrição da Torre de Teste:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Torre de Teste: Parafuso de regulagen do entreguias Guias com ímãs permanentes Extrutura de sustentação Cabina Bobinas móveis Patamar de andar Aqui é apresentada a torre de teste. Desenvolvida para demonstrar o funcionamento do motor no elevador. Aqui temos as guias com os ímãs permanentes, com a função de guiar a cabina ao longo da caixa de corrida A estrutura de sustentação tem a função das paredes da caixa de corrida de um edifício Na parte inferior da cabina estão as bobinas que irão interagir com os ímãs permanentes promovendo o seu deslocamento Aqui é mostrado a cabina desenvolvida O parafuso de regulagem do entre guias tem a função de regular a distancia do entre guias E o patamar de andar só usado como uma referencia de andar. Torre de teste desenvolvida para estudo do motor linear desenvolvido Projeto Magnelever

9 Descrição da Vista Lateral:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Vista Lateral: Ímã permanente Guia de acrílico Estrututa de sustentação Suporte dos ímãs Aqui temos a vista lateral facilita a visualização dos ímãs permanentes instalados ao longo da caixa de corrida. Os ímãs estão instalados ao longo do suporte dos ímãs e são colocados alternando o pólo magnético em relação a o ímã anterior. Isto significa que este ímã é norte e o próximo é sul. Vista lateral da torre de teste Projeto Magnelever

10 Descrição da Vista Frontal:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Vista Frontal: Guias com imãs permanente Parafuso de regulagem do entre guias Cabina Bobinas móveis Entre guias Esta distancia interfere no bom funcionamento do elevador, ela influi no prumo da cabina e no entreferro do motor. A vista frontal da uma ênfase na distância do entre guia Vista frontal da torre de teste Projeto Magnelever

11 Descrição da Vista do Motor Linear:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição da Vista do Motor Linear: Ímã Permanente Bobina – B1 Estrutura móvel Rolete Parafuso de regulagem do entre-ferro Suporte dos imãs Bobina – B2 Bobina – B4 Bobina – B3 Onde temos a estrutura móvel Aqui é apresentada uma vista do motor linear desenvolvido Onde estão instaladas as bobinas B1, B2, B3 e B4, fixadas a estrutura móvel pelo parafuso de regulagem do entre ferro E os ímãs sem a guia de acrílico, para facilitar a visualização dos ímãs. Também temos os roletes para diminuir o atrito no deslocamento da estrutura móvel. Vista do motor Projeto Magnelever

12 Descrição do Sistema Ligação das Bobinas:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Sistema Ligação das Bobinas: Bobina – B1 Bobina – B2 Bobina – B4 Bobina – B3 Aqui é apresentado o sistema de ligação as bobinas. O conjunto de bobinas do motor está ligado em pares, às bobinas B1 e B3 formam um par de bobinas assim como as bobinas B2 e B4. As bobinas B1 e B3 estão interligadas de forma tal, que, ao serem percorridas pela mesma corrente, no sentido do terminal T1 para o terminal T3, produzem campos magnéticos sul na sua extremidade frontal aos ímãs permanentes. Sistema de ligação das bobinas Projeto Magnelever

13 Descrição do atuador linear:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do atuador linear: 4 13 O ângulo do deslocamento do motor linear é de um passo de 17,1º devido à dimensão dos ímãs permanentes e o núcleo da bobina. Este deslocamento ocorre no efeito do alinhamento do fluxo magnético, produzido pelas bobinas e os ímãs permanentes Ângulo do deslocamento da estrutura móvel. Projeto Magnelever

14 Descrição do Principio de Funcionamento
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Principio de Funcionamento S N S N N S N S S N N S Força Resultante S N S N S N N S N S N S Ímã permanente S N N S Bobina B4 desligada Força Atração Força Peso Força Atração Bobina B2 desligada Força Repulsão No primeiro estágio de acionamento do motor linear, pode-se considerar que a cabina está numa posição qualquer na caixa de corrida e as bobinas B1 e B3 estão produzindo um pólo sul na sua extremidade frontal aos ímãs permanentes e as bobinas B2 e B4 estão desligadas. Descrever as cores. Assim apresentará um equilíbrio entre as forças de atração e peso, o campo magnético produzido atua como um freio magnético, mantendo a cabina em levitação Este novo campo magnético produzido pelas bobinas B2 e B4 irá interagir com o campo magnético dos ímãs permanentes, terá a produção das forças de atração e repulsão, proporcionando uma força resultante no sentido de subida, deslocando a cabina de forma ascendente. Este deslocamento da cabina ocorrerá até as forças de atração, repulsão e peso voltarem a ter equilíbrio No segundo estágio de acionamento do motor linear, as bobinas B1 e B3 mantêm a mesma polaridade que apresentavam no primeiro estágio, e as bobinas B2 e B4 serão alimentadas por corrente contínua de forma a produzir um pólo sul na sua extremidade frontal aos ímãs permanentes Cabina parada com as forças em equilíbrio. Cabina com força resultante no sentido de subida. Projeto Magnelever

15 Descrição do Principio de Funcionamento
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Descrição do Principio de Funcionamento S N N S N S S N N S Força repulsão Força atração Força peso Acionamento das bobinas do motor linear. Acionamento Bobina B1 e B3 Bobina B2 e B4 1 Pólo sul Desligadas 2 3 4 Pólo norte 5 6 7 8 A tabela mostra os demais acionamento tendo um ciclo completo de 8 acionamento, após o ultimo acionamento a sequência recomeça novamente. Este deslocamento da cabina ocorrerá até as forças de atração, repulsão e peso voltarem a ter equilíbrio Cabina parada com as forças em equilíbrio. Projeto Magnelever

16 Simulação realizada com FEMM:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Simulação realizada com FEMM: S N N S Suporte dos ímãs Enrolamento da bobina Núcleo da bobina Ímã permanente Carretel da bobina Agora parto para a metodologia de análise Modelo criado numa geometria bidimensional, através de nós e linhas, utilizando as ferramentas de desenho do próprio FEMM. E aqui é mostrado a bobina o núcleo da bobina, os ímãs permanentes e o suporte dos ímãs Geometria bidimensional do motor linear Projeto Magnelever

17 Especificações dos Materiais:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Especificações dos Materiais: Aqui é definidas as características elétricas e magnéticas dos materiais, é determinada uma região de fronteira, que é representado por uma linha vermelha Definição da região de fronteira. Projeto Magnelever

18 Geração da Malha de Elementos Finitos :
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Geração da Malha de Elementos Finitos : Aqui é criada a malha dos elementos finitos Malha de elementos finitos bidimensional do motor linear Projeto Magnelever

19 Processamento do Modelo:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Processamento do Modelo: Após a geração da malha de elementos finitos, o modelo é processado, assim gerando linhas do vetor densidade de fluxo magnético no circuito do motor linear Simulação densidade de fluxo magnético no motor linear realiza no software FEMM. Projeto Magnelever

20 Resultados Obtidos com a Simulação:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Obtidos com a Simulação: Posição Estado Polaridade B1 e B3 B2 e B4 Força (N) 1 Parado Sul Desligadas 2,6500 Comutação 11,2593 2 Deslocada 2,5453 9,1600 3 2,5690 Norte 11,8188 4 2,5487 8,0926 5 2,6542 10,9239 6 2,6965 9,0161 7 2,5003 12,0677 8 2,6966 A tabela apresenta dois valores de força para a mesma posição da cabina, o primeiro valor é devido à cabina estar numa posição e tendo uma configuração de acionamento das bobinas, o segundo valor se dá quando ocorre um novo acionamento, alterando seus pólos magnéticos e aumentando a sua força de atração e repulsão, assim proporcionando o deslocando da cabina até a nova posição Uma sequência de simulações foi realizada no FEMM com as Forças Lorentz para cada acionamento das bobinas, ocorrendo sempre uma nova posição da cabina na caixa de corrida, quando acionado. Projeto Magnelever

21 Resultados Obtidos com a Simulação:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Obtidos com a Simulação: A tabela apresenta dois valores de força na componente y para a mesma posição da cabina, o primeiro valor é devido à cabina estar numa posição e tendo uma configuração de acionamento das bobinas, o segundo valor se dá quando ocorre um novo acionamento, alterando seus pólos magnéticos e aumentando a sua força de atração e repulsão, assim proporcionando o deslocando da cabina até a nova posição Demonstração de deslocamento da cabina Gráfico da força por acionamento do motor linear. Projeto Magnelever

22 Resultados Obtidos com a Simulação:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados Obtidos com a Simulação: As posições de deslocamento foram obtidas a partir do funcionamento do protótipo Cabina na posição 1 parada. Projeto Magnelever

23 Resultados: ENGENHARIA ELÉTRICA
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados: O deslocamento das bobinas altera a força produzida pelos campos magnéticos, na figura (a) a força é de 11,2593N enquanto que na figura (b) a força passa a ser de 7,0307N. (a) Estrutura móvel, (b) Estrutura móvel deslocada. (a) (b) Utilizou-se a torre de teste para obter as posições da estrutura móvel no seu deslocamento. Com estas posições obtidas foi inserida no FEMM Aqui foram realizadas duas simulações uma a estrutura móvel apresenta uma posição sem carga e a outra posição obtida com a estrutura móvel com carga. As duas forças obtidas apresentam diferenças entre elas. Projeto Magnelever

24 Demonstração de deslocamento de carga.
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Resultados dos Teste: Posição Massa Massa total Força (N) Estrutura móvel 240g 2,4N Carga na Subida 55g 295g 2,95N Carga na Decida Carga Parada 324g 564g 5,64N Carga Estrutura móvel Aqui dois testes realizados foram de máxima carga deslocada e máxima carga sustentada Os testes foram realizados através da adição de carga sobre a estrutura móvel. Os valores obtidos foram Demonstração de deslocamento de carga. Projeto Magnelever

25 Comparações dos Resultados Testes:
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Comparações dos Resultados Testes: A comparação com o teste de máxima carga deslocada e máxima carga sustentada tem uma diferença. Gráfico de teste práticos. Projeto Magnelever

26 Conclusões: ENGENHARIA ELÉTRICA
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Conclusões: Observou-se a Força de Lorentz, obtida pelo software FEMM, possui valores diferente para cada nova posição e novo acionamento das bobinas. As variações nos valores das forças obtidas resultam no deslocamento da cabina. As diferenças encontradas nos valores dos teste podem ser justificadas pela geometria dos ímãs permanentes e das bobinas. O deslocamento da cabina, como forma de demonstrar o funcionamento do protótipo, foi plenamente atingido. Projeto Magnelever

27 Referências: ENGENHARIA ELÉTRICA
07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Referências: [1] FITZGERALD, A.E.; KINGSLEY JR., Charles; UMANS, Stephen D. – Máquinas Elétricas, com Introdução à Eletrônica de Potência. –Bookman Companhia Editora [2] A. E. Fitzgerald Charles Kingsley, Jr. Stephen D. Umans – Máquinas Elétricas – Bookman 1981 [3] OTIS Elevator Company. Disponível m<http://www.otis.com/otis/>. [4] OTIS, G. E., Improvement in Hoisting Apparatus, US Patent 31,128,1861. [5] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Preventiva 1, 2008. [6] GIERAS, J. F.; PIECH, Z.J. Linear synchronous motor: transportation and automation systems. CRC Press LLC – Boca Raton, 1999. [7] Jonh D. Kraus, Keith R. Carver – Eletromagnetismo – Guanabara Dois S.A [8] CHEVAILLER, Samuel. – Comparative Study and Selection Criteria of Linear Motors, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, 2006. [9] David Meeker – Finite Element Method Magnetics Version 4.2 User’s Manual. 2009 Projeto Magnelever

28 07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA [10] SILVEIRA, Marília Amaral da – Estudo de um Atuador Planar. Disponível em:<www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/3592/ pdf>. Acesso em: 1º semestre de [11] NETO, Tobias Rafael Fernandes – Sistema de Transporte Vertical Utilizando um Motor de Indução Linear Bilateral. Disponívelem:<www. dominiopublico.gov.br/ pesquisa/ detalhe obraform .do?selectaction = &co_obra=105235>. Acesso em: 1º semestre de [12] Atlas Schindler. Manual de Manutenção Excel Hidráulico,2005. [13] IDAGAWA, Hugo Sakai – Projeto, Montagem e Caracterização de Motor Linear de Ímã Permanente. Disponível em:<www.fem.unicamp .br/~lotavio/TGs /2009_MotorCClinear_TG_HugoSakaiIdagawa.pdf>. Acesso em: 1º semestre de [14] BASTOS, J. P. A. Eletromagnetismo e Cálculo de Campos. 2da. Edição. Editora Universidade Federal de Santa Catarina, [15] Universidade Federal de Santa Catarina - Eletromagnetismo e Cálculo de Campos. 2da. Edição.BASTOS, J. P. A., [16] ESPÍNDOLA, Rogério Silveira - Estudo e Desenvolvimento de um Motor Voice Coil. Disponível em:<http://tcceeulbra.synthasite.com/tcc-anteriores.php>. Acesso em: 1º semestre de 2011. Muito obrigado pela atenção! Aqui as referencias consultadas Projeto Magnelever

29 07:48 ENGENHARIA ELÉTRICA Desenvolvimento de um Motor Linear para Acionamento de um Elevador – Projeto Magnelever Estamos aqui para apresentar o trabalho de conclusão do curso da eng. Elétrica e meu nome Vagner Fagundes e o meu trabalho recebe o titulo de O meu trabalho recebe o titulo de Ou Boa tarde a todos ou Prof Augusto, Prof Andre e Prof Marilia! Projeto Magnelever


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