Acionamento e controle de motores

Uma introdução aos principais acionamentos de elevadores, incluindo história, fundamentos e o futuro.

Este artigo é um excerto do próximo livro do autor. O Elevador: Dos Conceitos Básicos ao Cálculo, que aborda elementos-chave em sistemas de elevadores, com foco em tópicos como acionamentos e controle de motores, análise de tráfego e cabos e tração. Seu objetivo é fornecer uma referência rápida para profissionais experientes e conhecimento básico de sistemas de elevadores para aqueles que são novos na área. Editor

Este artigo é um excerto do próximo livro do autor. O Elevador: Dos Conceitos Básicos ao Cálculo, que aborda elementos-chave em sistemas de elevadores, com foco em tópicos como acionamentos e controle de motores, análise de tráfego e cabos e tração. Seu objetivo é fornecer uma referência rápida para profissionais experientes e conhecimento básico de sistemas de elevadores para aqueles que são novos na área. Editor segurança (ou seja, cabos rompidos), cuja solução só se tornou disponível cerca de 2,100 anos depois. Em 1852, Elisha Graves Otis inventou um dispositivo de segurança primitivo que travava a cabine do elevador quando os cabos de içamento se rompiam. Ele fez uma demonstração pública do dispositivo um ano depois, no Palácio de Cristal de Nova York, cidade onde o primeiro elevador seguro do mundo foi instalado em 1857.

Objetivos de aprendizagem

Após ler este artigo, você deverá:
♦ Foram apresentados à história do desenvolvimento dos elevadores e à estrutura básica de um elevador de tração ou elétrico.
♦ Compreenda os fundamentos de um inversor AC-2 tradicional.
♦ Compreender os fundamentos de um inversor de frequência (tipos MG e TL)
♦ Compreenda os fundamentos de um inversor ACVV e do inversor ACVVVF moderno.
♦ Já tive contato com outros tipos de acionamento, incluindo acionamentos hidráulicos, de motor síncrono de ímãs permanentes (PMSM), de motor de relutância e de motor de indução linear.

A estrutura básica de um elevador consiste em uma cabine com portas associadas à cabine e portas de pavimento nos andares. Quando a cabine chega a um andar, as portas do pavimento são abertas e fechadas pelas portas da cabine, que são acionadas por motores (basicamente, motores com ligações mecânicas). Os passageiros se deslocam entre os andares entrando e saindo das cabines que se movem para cima e para baixo por meio de cabos de tração, pistões hidráulicos, instalações especiais como sistemas de cremalheira e pinhão, ou as máquinas lineares mais avançadas do futuro.

A maioria dos elevadores se move por meio de cabos de tração que deslizam sobre ranhuras em polias acionadas mecanicamente por motores que utilizam um freio e/ou uma caixa de engrenagens helicoidais (Figura 1). Este é o chamado elevador de tração: uma extremidade do cabo de tração é fixada à cabine, enquanto a outra extremidade é fixada ao contrapeso. Convencionalmente, existem, em geral, três tipos de motores utilizados em sistemas de elevadores: CA, CC e híbridos.

Motor AC-2

O motor AC-2 é um tipo primitivo de acionamento de motor, popular há pelo menos meio século para elevadores de baixa velocidade. Geralmente, é acoplado a uma engrenagem sem-fim para reduzir a velocidade e aumentar o torque de acionamento. Um motor de indução trifásico padrão possui um conjunto de três enrolamentos dispostos geometricamente a 60° lado a lado no estator (Figura 2). As correntes trifásicas fluem pelos três conjuntos de enrolamentos (Figura 2: “1”-“2”, “3”-“4” e “5”-“6”). Durante o estágio “a)”, uma corrente no condutor “1” flui para fora do papel (representada por um ponto) e a corrente no condutor “2” flui para dentro do papel (representada por uma cruz). A magnitude da corrente ao longo do enrolamento “1”-“2” é máxima, conforme indicado por um ponto preto sólido e uma cruz grande.

Utilizando a famosa “regra da mão direita” (polegar apontando na direção do campo magnético e os outros dedos indicando a direção do fluxo de corrente), observa-se que o campo magnético resultante aponta para a direita. O campo magnético produzido pelos pontos “3” e “4” aponta para cima e para a direita, enquanto o produzido pelos pontos “5” e “6” aponta para baixo e para a direita. Portanto, o campo magnético resultante ainda aponta para a direita. Com o passar do tempo, durante o estágio “b)”, o campo magnético resultante aponta para baixo e para a direita, e assim por diante. Isso demonstra a geração de um campo magnético rotativo com amplitude constante por uma fonte de alimentação trifásica. De acordo com a lei da indução de Faraday, quando o campo magnético rotativo atinge o rotor do motor, uma força eletromagnética e, consequentemente, uma corrente são induzidas. Esse campo magnético induzido se opõe ao campo do estator. A interação dos dois campos magnéticos resulta em um torque rotativo. Isso ocorre porque o torque produzido pelo estator está em rotação, e o rotor é impulsionado a girar, já que o estator está parado.

Pode-se demonstrar que a velocidade de rotação, também chamada de velocidade síncrona, Ns (em rpm), do campo magnético do estator é diretamente proporcional à frequência, f (em Hz), da alimentação elétrica e inversamente proporcional ao número de polos, p, dos enrolamentos:

O estator simplificado mostrado na Figura 2 é uma máquina de dois polos, ou seja, p = 2. Então, se f = 60 Hz, N_s = 3,600 rpm = 60 rotações por segundo. A Figura 2 mostra que, em um ciclo de 1/60 s, o campo gira uma volta completa em torno do estator. Em outras palavras, em 1 s, o campo magnético pode completar 60 voltas. Em um motor prático, o valor mínimo de p geralmente é igual a 4 ou 6. A corrente é induzida no rotor por indução eletromagnética para produzir um campo magnético que contrabalanceia o campo magnético do estator (como explicado acima). Portanto, a velocidade de rotação do rotor deve ser menor que a do campo magnético do estator. As duas velocidades de rotação são idênticas apenas na condição em que não há torque de resistência no rotor, o que é um caso ideal. Portanto, N_s Também é chamada de velocidade síncrona do motor, que é o limite teórico.

No motor de indução de um elevador AC-2, existem dois conjuntos diferentes de enrolamentos trifásicos: por exemplo, um com p = 6 e um com p 24. A velocidade de rotação do rotor quando os enrolamentos de polo baixo estão energizados é, portanto, quatro vezes maior do que quando os enrolamentos de polo alto estão energizados. Durante a operação normal, os enrolamentos de polo baixo são normalmente usados ​​para aceleração e operação em velocidade nominal, enquanto os enrolamentos de polo alto são usados ​​principalmente para desaceleração e durante a manutenção, quando há alguém no teto do veículo. Para inverter o sentido de rotação, duas das três fases da tensão de alimentação são trocadas entre si, e o motor gira no sentido oposto.

Motores de Corrente Contínua

Antigamente, os motores AC-2 eram usados ​​em elevadores de baixa velocidade com o auxílio de uma caixa de engrenagens sem-fim. Para elevadores de alta velocidade, no entanto, eram utilizados motores CC. Isso porque os motores CC geralmente possuem um torque de partida maior do que os motores CA. Uma seção transversal do motor CC é mostrada na Figura 3. A corrente CC passa pelos enrolamentos de campo respectivos nos polos do estator para produzir um fluxo magnético ao redor do polo. ΦfExistem condutores na superfície do rotor por onde passa outra corrente contínua, produzindo assim um fluxo magnético na armadura. ΦA em torno do poste. Φf e ΦA estão dispostas de forma que nunca coincidam, ou seja, existe sempre um ângulo de separação entre elas. Esses dois fluxos magnéticos interagem entre si, geralmente por repulsão, produzindo um torque que depende da intensidade de cada fluxo e do ângulo de separação entre eles.

Como a corrente precisa fluir para o rotor giratório, um mecanismo, um comutador e uma escova são necessários para facilitar isso. A escova, geralmente feita de carbono, é fixa com o estator, enquanto o comutador gira com o rotor. Assim, a corrente pode passar da fonte de alimentação para a escova, para o comutador e, finalmente, para o enrolamento do rotor. A direção da força no condutor do rotor pode ser determinada pela famosa "regra da mão esquerda" de Fleming: o indicador da mão esquerda aponta para a direção do fluxo de campo produzido pelo estator, o dedo médio aponta para a direção do fluxo de corrente ao longo do condutor do rotor e o polegar aponta para a direção da força resultante produzida. Isso demonstra facilmente que o torque final da Figura 3 está no sentido anti-horário, em consonância com a força repulsiva entre ΦA e ΦfDeve-se notar que, com o auxílio do comutador rotativo, tanto o fluxo de campo do estator quanto o fluxo de armadura do rotor permanecem geralmente inalterados. Portanto, o torque é contínuo.

Embora existam basicamente duas maneiras de gerar energia para os enrolamentos do estator de um motor CC, o fluxo do rotor é fornecido pelo mesmo princípio geral. O método mais primitivo era chamado de conjunto Ward-Leonard ou motor-gerador (MG) (Figura 4), no qual um motor de indução trifásico é acoplado mecanicamente a um gerador CC. A velocidade de rotação do motor de indução é relativamente constante. A tensão de alimentação CC do gerador é variável (pela alteração de sua corrente de campo). O modelo matemático de um motor CC será discutido em um artigo futuro. A tensão de alimentação ajustável é aplicada ao motor CC do acionamento. Uma tensão mais alta resulta em uma rotação mais rápida e vice-versa. Com um alto torque de partida, esse tipo de acionamento é apropriado para aplicações em elevadores de alta velocidade.

Considerando as alternativas modernas, a instalação de grupos geradores (MG) é muito volumosa e sua manutenção muito trabalhosa; uma abordagem relativamente moderna, desenvolvida no início da década de 1970, consiste em substituir o grupo gerador por dois conversores eletrônicos de potência. Chamado de "grupo tiristor-Leonard (TL)", cada conversor consiste em seis tiristores (retificadores controlados de silício [SCRs]) (Figura 5). Novamente, uma fonte de alimentação CC variável pode ser gerada acionando-se corretamente os seis SCRs para converter a alimentação CA trifásica em CC, que é então aplicada ao motor CC ("M" na Figura 5) através de um indutor para suavizar o efeito pulsante. Um tiristor, ou SCR, é como uma válvula direcional para corrente elétrica. Ele possui três terminais: o ânodo ("A" na Figura 5), ​​o cátodo ("C" na Figura 5) e o gate ("G" na Figura 5).

Em condições normais, a válvula, ou o SCR, está fechada e nenhuma corrente pode passar por ela. Quando um sinal elétrico é aplicado ao terminal de controle (gate), “G”, do SCR, ele é ativado e apresenta uma resistência muito baixa à passagem de corrente. Essa resistência segue a direção da seta, de “A” para “C”, mas nunca de “C” para “A”. Quando uma corrente passa por um SCR, há uma pequena tensão positiva entre seus terminais, com a tensão em “A” ligeiramente maior que a tensão em “C”. Para desligar a válvula, o sinal para o terminal de controle deve primeiro ser desligado, seguido pela redução da corrente através do SCR a zero por outros meios e, finalmente, pela aplicação de uma pequena tensão negativa, chamada de “polarização reversa”, entre os terminais do SCR. Esse processo faz com que a tensão em “C” fique um pouco maior que a tensão em “A”, e é chamado de “comutação”. Portanto, é ideal usar SCRs para retificar corrente alternada (CA) em corrente contínua (CC), pois quando a CA muda do ciclo positivo para o negativo ou vice-versa, o SCR correspondente é automaticamente desligado.

AC Variável Voltagem (ACVV) Drive

Até o momento, parece que os motores CC podem atender bem tanto elevadores de alta quanto de baixa velocidade. No entanto, os motores CC exigem manutenção intensiva, pois o conjunto escova/comutador precisa ser revisado periodicamente. Além disso, o custo dos motores CC é muito maior do que o dos motores CA com a mesma potência. O rotor de um motor CA é apenas uma gaiola de esquilo ou possui alguns enrolamentos em curto-circuito, sem qualquer conexão com o ambiente externo estacionário. Mas, certamente, o AC-2 não é a solução ideal, pois a velocidade não pode ser ajustada livremente.

O senso comum demonstra que, se a tensão da fonte de alimentação trifásica de um motor de indução CA, como mostrado na Figura 2, variar, o torque de acionamento também variará, resultando em aceleração ou desaceleração. Isso é chamado de acionamento de tensão variável CA (ACVV). Existe uma relação simples entre o torque de acionamento, Γ_D, medido em Newtons, e o torque de carga, Γ_L, para todos os tipos de motores, é mostrado na Equação 2, onde J é o momento de inércia equivalente combinado, medido em kgm², de todas as partes mecânicas rotativas, e ω é a velocidade de rotação instantânea do rotor, medida em radianos por segundo. Uma volta completa de 360° equivale a 2π radianos.

Deve-se notar que o momento de inércia inclui todas as partes rotativas, como o rotor, os rolamentos, o eixo, a polia, etc. No entanto, o torque de carga inclui também o atrito nos rolamentos, e não apenas o torque de contrapeso da cabina do elevador e dos cabos. A Figura 6 mostra o princípio de funcionamento de um acionamento ACVV típico. As curvas de torque-velocidade para três tensões diferentes aplicadas são mostradas onde V_s > V_s1 > V_s2. tst é o torque inicial sob V_s; T_st1 é o torque inicial sob V_s1 e assim por diante. T_L é o torque de carga. Na prática, o torque de carga dos elevadores é bastante constante, pois é praticamente independente da velocidade de operação. ω é a velocidade em regime permanente (em radianos por segundo) sob V_s, ω₁ para V_s1 e assim por diante. ω_s é a velocidade síncrona (em radianos por segundo), que é conceitualmente idêntica a N_s mas medidas em unidades diferentes. N_m or ω_m, é a velocidade instantânea do motor. A velocidade de operação diminui gradualmente à medida que a tensão da fonte de alimentação diminui; daí o termo “ACVV”. No entanto, a faixa de controle de velocidade, como mostrado na Figura 6, é bastante limitada. Além disso, existe um parâmetro, S, conforme mostrado na Figura 6. É chamado de “deslizamento”, que é definido como:

Conseqüentemente, S = 0 na velocidade síncrona, e S = 1 quando o rotor está parado. Quando o modelo matemático do motor de indução CA é analisado, S é geralmente usado em vez de ω or NO valor operacional normal de S é de cerca de 5%.

ACVV e acionamento de frequência variável (ACVVVF)

Embora um inversor ACVV possa ajustar a velocidade de operação de um elevador e exija menos manutenção do que um inversor CC, existem três problemas principais. Primeiro, como discutido anteriormente, a faixa de controle de velocidade é relativamente estreita. Segundo, o torque de carga deve ser muito menor do que o torque máximo sob a tensão de alimentação nominal. Terceiro, não é eficiente em termos de energia, pois a perda de energia é bastante alta. Portanto, nos últimos 25 anos, os inversores ACVVVF dominaram o mercado, a ponto de os inversores AC-2, CC e ACVV não serem mais facilmente encontrados.

Como o nome indica, tanto a tensão quanto a frequência da alimentação são ajustadas. A Figura 7 mostra as curvas de torque-velocidade de um inversor ACVVVF típico. As curvas à esquerda correspondem a uma tensão mais baixa. Ve uma frequência mais baixa, f, com V/f geralmente mantido constante, embora com exceções. Por exemplo, se a classificação

A tensão trifásica é de 480 V e a frequência nominal é de 60 Hz, com uma relação V/f em torno de 8. Como mostrado na Figura 7, o torque de carga é bastante constante para um elevador. Quando o V or f À medida que a potência continua a aumentar, a velocidade também continua a aumentar, até atingir o valor nominal. Este é um excelente modelo de controle de velocidade. A Figura 8 mostra o diagrama do circuito do inversor. A alimentação trifásica regular é inicialmente retificada por um conversor para CC no barramento CC, sendo posteriormente convertida novamente para CA pelo inversor com ajuste livre em V e fOs componentes usados ​​no conversor são diodos de potência, enquanto os usados ​​no inversor são geralmente transistores bipolares de porta isolada (IGBTs).

Quando o elevador está descendo com uma carga na cabine superior à carga do contrapeso, o sistema de controle deve tentar frear o elevador. Nesse momento, a energia é realimentada do motor para o inversor e o barramento CC. Essa energia não poderia retornar ao motor.

A alimentação trifásica, devido às características direcionais dos diodos de potência, exige que a energia seja dissipada em algum lugar. O resistor de frenagem é essencial para consumir essa energia e garantir a operação segura de todo o acionamento. Isso representa um risco à segurança e certamente não é desejável do ponto de vista da conservação de energia. Portanto, a ideia de "frenagem regenerativa" é popular, permitindo que a energia seja devolvida à rede elétrica por um caminho alternativo.

O princípio de funcionamento ilustrado na Figura 7 é denominado “controle escalar”, sendo adequado para o controle de velocidade em regime permanente, baixa velocidade e em malha aberta. Neste contexto, “malha aberta” refere-se à ausência de controle por realimentação de corrente, e não à realimentação de velocidade, que é sempre essencial na operação de elevadores.

Os motores de indução são superiores aos motores CC em tamanho, peso, inércia, custo e velocidade, mas os motores CC são superiores em facilidade de controle. Se for necessário um controle dinâmico preciso em malha fechada, proporcionando aceleração e desaceleração suaves e nivelamento em velocidades muito baixas, etc., o controle vetorial de fluxo de um acionamento ACVVVF é essencial. A ideia básica do "controle vetorial de fluxo" é uma série de transformações matemáticas onde as tensões e correntes trifásicas (eletricamente defasadas em 120°) são matematicamente transformadas em um sistema bifásico (eletricamente defasado em 90°). Estes são chamados de vetores de eixo direto e vetores de eixo em quadratura, respectivamente. Como as duas fases agora são perpendiculares entre si, não há influência mútua entre elas e podem ser controladas independentemente. Um vetor é responsável pela componente de fluxo (análoga ao campo produzido pelo estator em um motor CC), enquanto outro é responsável pela componente de torque (análoga ao campo da armadura produzido pelo rotor em um motor CC).

Em um sistema trifásico, a menos que uma situação de equilíbrio total possa ser mantida, qualquer alteração em uma fase terá algum impacto nas demais. Portanto, o “modo de controle escalar” exige uma operação equilibrada em todos os momentos. Dessa forma, o controle de torque sob “controle vetorial de fluxo”, com mudanças e adaptações rápidas, pode ser obtido de maneira conveniente. Dentro dessa categoria, existem duas vertentes: controle vetorial de campo e controle direto de torque.

Motor híbrido: acionamento PMSM

Quando se utiliza um motor de indução, mesmo com o controle vetorial de fluxo, o campo magnético do rotor ainda precisa ser gerado pelo campo magnético do estator, resultando em uma resposta mais lenta e fraca. Se o campo magnético do rotor pudesse ser gerado de forma autônoma, e não por meio de escovas/comutador como em um motor CC, a relação torque/tamanho do motor poderia ser significativamente aumentada. Essa é a tecnologia do motor síncrono de ímã permanente (PMSM). Nesses motores, os enrolamentos ou barras do rotor são substituídos por ímãs permanentes, apresentando as seguintes vantagens:

• Eliminação da perda de cobre
• Maior densidade de potência e eficiência
• Baixa inércia do rotor
• Possibilidade de um entreferro maior devido a maiores densidades de força coercitiva.

É claro que também existem desvantagens, como as seguintes:

• Perda de flexibilidade no controle do fluxo do campo do rotor
• Alto custo de ímãs permanentes com alta densidade de fluxo
• Degradação das características magnéticas ao longo do tempo
• Perda de magnetização quando a temperatura de operação está acima da temperatura de Curie.

Em temperaturas abaixo do ponto de Curie, os momentos magnéticos estão completamente alinhados dentro dos domínios magnéticos em materiais ferromagnéticos. Acima dessa temperatura, esse alinhamento é gradualmente destruído. Apesar de todas essas desvantagens, eles continuam ganhando popularidade em aplicações modernas de elevadores devido às altas relações torque/tamanho e torque/peso, bem como à expectativa de redução de custos com a possibilidade de substituir metais de terras raras por metais sintéticos. Além disso, os ímãs permanentes podem ser dispostos adequadamente para formar motores de campo axial. Em motores convencionais, os campos magnéticos geralmente são perpendiculares ao eixo de rotação do rotor. Em motores de campo axial, os campos são todos paralelos ao eixo de rotação, resultando em uma aparência muito fina. Isso os torna adequados para aplicações sem casa de máquinas (Figura 9).

Outro tipo de motor de ímã permanente é o motor CC sem escovas (BLDC), mas este tipo não é muito utilizado na indústria de elevadores. Ao substituir um motor convencional por um motor PMSM com a mesma potência, é possível obter uma economia média de energia de pelo menos 25 a 30%. Para aplicações com velocidades muito altas, digamos, 15 m/s (3,000 pés/min) ou superiores, é impossível usar motores convencionais, e o PMSM torna-se a única opção.

A Figura 10 mostra dois tipos de PMSMs: ambos são máquinas de dois pares de polos, mas diferem no projeto do rotor. Os campos magnéticos gerados pelo rotor provêm de ímãs permanentes fixados a ele. Um campo magnético rotativo no estator é gerado por uma fonte trifásica de frequência e tensão variáveis, com forma de onda praticamente senoidal. Isso é semelhante ao arranjo conversor/inversor da Figura 8. É chamado de "híbrido" porque o campo magnético no rotor tem magnitude constante, análogo ao de um motor CC. Quando o campo do estator gira, o campo do rotor o acompanha por atração ou repulsão e, portanto, o rotor físico. Para motores BLDC, mesmo o campo do estator não é puramente senoidal.

Elevador Hidráulico

Embora os elevadores de tração dominem o mercado, os elevadores hidráulicos ainda são instalados e sua tecnologia foi modernizada na última década. Simplificando, um elevador hidráulico consiste em um cilindro cheio de óleo com um êmbolo/pistão sobre o óleo. O êmbolo sustenta a cabine do elevador ou, em alguns modelos, traciona um conjunto de cabos de içamento que a suspendem. Quando o óleo é injetado sob o êmbolo, a cabine sobe e, quando o óleo é liberado, a cabine desce. A bomba de óleo com seu motor geralmente fica submersa no tanque de óleo, coordenando-se com a válvula de óleo para o funcionamento do elevador. O óleo é um isolante e o motor submerso pode funcionar normalmente. Como pequenos vazamentos de óleo e variações na temperatura do óleo são às vezes inevitáveis, o nivelamento automático ocorre periodicamente. Assim, a bomba pode operar mesmo quando a cabine para em um andar. Em geral, um elevador hidráulico consome muito mais energia do que um elevador de tração. Frequentemente, a casa de máquinas de um elevador hidráulico precisa de ar condicionado. Como o movimento da cabine do elevador se baseia no enchimento e esvaziamento do cilindro com óleo, um simples motor de indução CA que aciona a bomba é suficiente.

Na última década, pesquisas têm sido conduzidas para tornar os elevadores hidráulicos mais sustentáveis, conservando energia. Isso é alcançado com a introdução de inversores nos acionamentos dos motores, como no acionamento hidráulico ACVVVF. Além disso, quando o óleo é liberado para abaixar a cabine do elevador, o motor da bomba é projetado para extrair energia do óleo em movimento e devolvê-la à rede elétrica.

Motores de relutância

A estrutura do estator é quase idêntica nos tipos de motores CA mencionados anteriormente. Suas diferenças residem principalmente no rotor. A ideia básica é permitir que o rotor acompanhe o campo magnético rotativo gerado pelo estator, seja por indução eletromagnética ou por ímãs permanentes. Existe ainda outra maneira ou abordagem, que consiste em projetar o rotor de forma que o fluxo magnético do estator possa penetrá-lo facilmente quando este estiver em uma posição específica em relação ao campo. Em outras palavras, o rotor pode se alinhar automaticamente onde há mínima relutância em relação ao campo do estator. Assim, quando o campo magnético do estator gira, o rotor o acompanha. Este é o desenvolvimento dos "motores de relutância síncrona". Com um projeto adequado, o desempenho de um motor de relutância pode se aproximar do de um motor de indução, embora o motor de relutância possa ser ligeiramente mais pesado e ter um fator de potência menor. O fator de potência é um parâmetro elétrico usado para medir a eficiência com que uma carga utiliza a fonte de alimentação e varia entre 1 e 0. Um valor superior a 0.85 é considerado normalmente aceitável.

Quando o estator é semelhante ao de um motor de indução CA, não há ímã nem gaiola de esquilo no rotor (Figura 11). O controle orientado ao campo é necessário para acionar esse motor. As lâminas de ferro são separadas por materiais não magnéticos, aumentando assim o fluxo de relutância no eixo de quadratura. No entanto, o uso desses motores em sistemas de elevadores ainda está em fase de pesquisa.

Acionamento por motor linear

Desde a invenção dos elevadores no final do século XIX, o projeto fundamental permanece praticamente inalterado. Ou seja, o número de elevadores em um poço vertical geralmente varia de um a dois. Existem elevadores de dois andares quando duas cabines são articuladas, uma sobre a outra, atendendo a dois andares consecutivos. Isso equivale, na prática, a uma única cabine grande com o dobro da capacidade. Esse projeto convencional de um ou dois elevadores por poço pode ser considerado um desperdício de espaço, por exemplo, se imaginarmos apenas um trem se movendo sobre um longo trilho. Embora o primeiro sistema thyssenkrupp TWIN tenha entrado em operação na Alemanha em 2003, permitindo que duas cabines se movam independentemente, sempre uma sobre a outra, a tecnologia ainda limita o número de cabines a duas. Sempre que cabos ou êmbolos são utilizados, o número de elevadores não pode ultrapassar esse limite.

Os edifícios estão ficando cada vez mais altos, com alturas de 500 m (1,640 pés) ou mais sendo comuns. Seria perfeito se pudéssemos ter, digamos, quatro ou cinco cabines de elevador circulando simultaneamente no mesmo poço, atendendo passageiros em diferentes zonas de um prédio alto. Para realizar esse sonho, as cabines de elevador precisam ser capazes de se mover sozinhas, como trens sobre trilhos. Assim, precisamos eliminar cabos e êmbolos. O uso de motores lineares não é novidade, pois encontramos aplicações nas indústrias ferroviária e de esteiras transportadoras. Existem também motores síncronos lineares e motores de relutância linear. Na indústria de elevadores, prevemos que a principal aplicação em um futuro próximo será a dos motores síncronos de ímãs permanentes lineares (PMSM). A ideia de empregar motores lineares em sistemas de elevadores foi proposta pela primeira vez pela Otis e pela Mitsubishi no início da década de 1990.[1] Desde então, nenhum modelo prático havia sido colocado em operação real devido a preocupações com a segurança: ninguém podia assumir o risco de uma falha de energia, já que a cabine fica suspensa no ar sem estar presa a ela quando um motor síncrono linear é empregado. O modelo de demonstração preliminar do sistema MULTI da thyssenkrupp (ELEVATOR WORLD, fevereiro de 2015) mostrou um motor linear dentro do equipamento de guia instalado na parte traseira de cada cabine do elevador. Isso eleva a cabine não apenas para cima e para baixo, mas também para a direita e para a esquerda. A cabine se desloca sobre um trilho, proporcionando uma alta margem de segurança.

Perguntas de reforço de aprendizagem

Utilize as questões de reforço de aprendizagem abaixo para estudar para o Exame de Avaliação de Educação Continuada, disponível online em www.elevatorbooks.com ou na página 117 desta edição.
♦ Por que os motores AC-2 eram usados, mas não os AC-1, antigamente?
♦ Por que os motores CC não são usados ​​em novas instalações de elevadores?
♦ Quais são as vantagens e desvantagens de usar inversores de frequência ACVV em sistemas de elevadores?
♦ Qual é a principal diferença entre um acionamento ACVVVF sob controle escalar e controle vetorial, respectivamente?
♦ Qual inversor de frequência você recomendaria para uma instalação que atende a um prédio de quatro andares (50 metros de altura) usando uma potência nominal
velocidade de 100 pés por minuto?

Referência
[1] Janovsky, L. Projeto Mecânico de Elevadores, IAEE, Ellis Horwood, Nova York, Capítulo 1 (1993), disponível em www.elevatorbooks.com.