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ANÁLISE DO ACIONAMENTO DO VEÍCULO DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA
SUPERCONDUTORA NO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA
Lívia Corrêa Capistrano de Oliveira ¹
RESUMO
O aumento do número de veículos nas ruas e a ausência de obras de infraestrutura
viária capazes de acompanhar este aumento, dentre outros fatores, prejudicam a
mobilidade urbana, que se apresenta como um dos maiores desafios das metrópoles de
todo o mundo.
Este artigo estuda o acionamento do protótipo operacional do veículo de levitação
magnética para o transporte urbano denominado MagLev-Cobra. Foram avaliados três
perfis de rampa de aceleração e frenagem, para diferentes velocidades e acelerações,
considerando os aspectos: conforto e consumo de energia. Como conclusão, apresenta-se
uma proposta de operação para a linha experimental de 200 m de extensão que se encontra
no campus da UFRJ.
Palavras-chave: Acionamento. Conversor de Frequência. Veículo de levitação.
ABSTRACT
The increase in the number of vehicles on the streets and the absence of road
infrastructure to accompanying this increase, among other factors, hamper urban mobility,
which presents itself as one of the greatest challenges of metropolises around the world.
This article studies the drive profile of the magnetically levitated vehicle for urban
transportation named MagLev-Cobra. Three braking and acceleration ramps for different
speeds and accelerations were assessed from the point of view of passenger comfort and
energy consumption. As a conclusion, an operational proposal for the experimental line
located on the UFRJ campus is presented.
Keywords: Drive. Converter. Levitated vehicle.
_______________________________________________ ¹ Graduada em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Rio de Janeiro – RJ. E-mail: [email protected].
2
INTRODUÇÃO
O aumento do número de veículos nas ruas e a falta de obras de infraestrutura viária
capazes de acompanhar este aumento, dentre outros fatores, prejudicam a mobilidade
urbana, que se apresenta como um dos maiores desafios das metrópoles de todo o mundo.
Segundo o DENATRAN [1], o número total de carros no Brasil em janeiro de 2016
foi de 49.938.038, um aumento de aproximadamente 44% em relação ao ano de 2010,
como mostra o gráfico na Figura 1 (a).
(a)
Na cidade do Rio de Janeiro, segunda maior metrópole do Brasil, esse aumento foi
de aproximadamente 27,5%, como mostrado na Figura 1 (b).
(b)
Figura 1 - Frota de Veículos: (a) Brasil; (b) Rio de Janeiro.
34.696.707
49.938.038
0
10.000.000
20.000.000
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2010 2016
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Ano
1.527.591
1.947.175
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1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
2010 2016
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s
Ano
3
A cidade do Rio de Janeiro, de acordo com a FIRJAN [2], ocupa a primeira posição
no ranking das capitais do Brasil que demandam mais tempo no deslocamento casa-
trabalho-casa e fez o trabalhador perder, em média, 2 horas e 21 minutos por dia, em 2012,
como mostra a Figura 2.
Figura 2 – Ranking das 10 capitais brasileiras que mais demandam tempo no
deslocamento casa-trabalho-casa
Diante de fatos como este, surge a necessidade de mudar os padrões da mobilidade
tradicional e buscar, sobretudo, soluções que priorizem questões ambientais, como a
emissão de gases poluentes ou o ruído ambiental.
A difusão de transportes sobre trilhos, como: metrôs, trens, bondes modernos,
popularmente conhecidos como VLTs, e veículos de levitação magnética (MagLev), surge
como alternativa para contribuir com a melhoria da mobilidade urbana. O MagLev, mais
especificamente, representa um modelo de tecnologia sustentável, possuindo muitas
vantagens sobre o sistema roda-trilho convencional, como: elevada capacidade de
aceleração e desaceleração, elevada capacidade de superar aclives e declives, menor
peso, além de ser mais econômico e de manutenção mais simples e barata [3].
O MagLev-Cobra é o único veículo de levitação magnética brasileiro e está sendo
desenvolvido na Universidade Federal do Rio de Janeiro e, segundo [4], pode ser visto
como um componente importante na solução dos problemas de transporte urbano e do
consumo consciente de energia elétrica por ser inovador e de baixo impacto ambiental.
Portanto, comparado com outros meios de transporte, o MagLev-Cobra apresenta
vantagens relevantes, sendo o seu custo de implantação – cerca de um terço do necessário
141
132
128
125
122 122120 120
105
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145
Rio deJaneiro - RJ
São Paulo -SP
Salvador -BA
BeloHorizonte -
MG
Recife - PE Curitiba - PR Goiânia -GO
Manaus -AMT
em
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(min
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Cidade
4
para se implantar igual distância de um metrô subterrâneo – a principal delas. Além do baixo
custo de implantação e de operação, o veículo não emite gases poluentes e opera com um
sistema de frenagem regenerativa, capaz de devolver energia à rede elétrica.
Assim como em [5], que realizou testes para o ajuste de partida do motor linear do
protótipo em escala reduzida, este trabalho tem como principal objetivo ajustar o
acionamento do protótipo operacional do MagLev-Cobra. Pretende-se avaliar diferentes
perfis de rampa de aceleração e desaceleração do veículo, para variadas velocidades e
acelerações, e identificar qual o melhor perfil baseado nos aspectos: conforto e consumo,
como realizado em [4]. Por se tratar de um transporte de passageiros, a variável “conforto”
possui relevância para o MagLev-Cobra e está diretamente relacionada com a suavidade
das transições de velocidades do veículo durante o trajeto.
1 MAGLEV-COBRA
O MagLev-Cobra tem capacidade de transportar até 5 passageiros por metro
quadrado e futuramente, em percursos mais longos, poderá atingir uma velocidade de até
100 km/h. Atualmente, em sua linha experimental com aproximadamente 200 metros de
extensão, o veículo transporta em torno de 100 passageiros, entre alunos, professores,
funcionário e visitantes da UFRJ, em duas horas semanais de demonstração, circulando a
uma velocidade de 10 km/h ao longo da linha de testes.
Figura 3 – MagLev-Cobra
1 2 3
4
5
Com 6 metros de comprimento, o protótipo possui quatro módulos de 1,5 metro de
comprimento. Cada um dos módulos está indicado na Figura 3. Os módulos 1 e 4 são
conhecidos como módulos de extremidade e os módulos 2 e 3 como módulos
intermediários. O módulo 1 possui, basicamente, 1 painel de comando e 1 inversor de
frequência, destinado para o controle dos motores de indução lineares, fixados nos módulos
1 e 4. O módulo 4 possui 1 painel de controle e 1 inversor de frequência, que atualmente
aciona o sistema de ar condicionado fixado no módulo 3.
Por se tratar de um veículo de levitação, as rodas foram substituídas por blocos de
aço inoxidável, os criostatos. São eles os responsáveis por fazer o veículo levitar sobre os
trilhos de imãs permanentes de Nd-Fe-B a uma altura próxima de 10 mm, como mostra a
Figura 4.
Figura 4 - Levitação do criostato sobre o trilho de imãs permanentes
No interior dos 24 criostatos (6 por módulo) que compõem o veículo, estão
supercondutores (YBCO) que devem ser refrigerados com nitrogênio líquido a uma
temperatura de -196°C.
1.1 Motor do veículo – MIL
Veículos de levitação utilizam motores lineares para sua propulsão. Estes possuem
grandes vantagens sobre os motores rotativos devido à ausência de rolamentos mecânicos,
acoplamentos e engrenagens, fazendo reduzir o custo com manutenções.
6
O motor de indução linear (MIL) pode ser comparado a um motor de indução rotativo
com o seu estator e o seu rotor cortados ao longo do seu eixo. Ou seja, o MIL pode ser
entendido como um motor de indução rotativo planificado, como mostra a Figura 5.
(a) Motor rotativo (b) “Planificação” do motor
(c) Motor linear
Figura 5 - Planificação de um motor de indução linear. Fonte: [6]
Assim como um motor rotativo, o motor linear tem sua alimentação realizada através
de bobinas de fases existentes no primário e seu secundário constituído por ferro laminado
e barras de alumínio curto-circuitadas.
O motor de indução linear utilizado para tracionar o MagLev-Cobra é do tipo primário
curto e secundário longo. Desta forma, o primário encontra-se fixado no veículo e o
secundário do motor fixado ao longo de toda a via, como mostra a Figura 6.
Figura 6 - Primário e secundário do MIL do MagLev-Cobra
7
Desenvolvido exclusivamente para o MagLev-Cobra, o EALP – 1000/6 do fabricante
Equacional foi o modelo de MIL escolhido para tracionar o veículo. Este possui um primário
de 1,27m e 6 pólos e um secundário de 1,51m por seção. Os dados de placa e as
características técnicas do MIL utilizado no veículo são apresentados nas Tabelas 1 e 2,
respectivamente.
Tabela 1 - Dados de placa do MIL do MagLev-Cobra. Fonte: [7]
Descrição do Equipamento
Fabricante Equacional
Modelo EALP – 1000/6
Força 900 N
Potência 10 CV
Tensão Primária 420 V tensão de linha – conexão Y
Corrente Primária 53 A
Frequência 25 Hz
N° de Pólos 6
Velocidade 7,8 m/s
Passo Polar 0,1656 m
Classe de Isolação H
Proteção IP 23
Tabela 2 – Características técnicas do MIL do MagLev-Cobra. Fonte: [7]
EALP 1000/6
Material do Enrolamento
Primário
Cobre
Entreferro 10 mm
Fluxo Magnético Longitudinal
Comprimento do Primário 1270 mm
Comprimento do Secundário
(secção)
1510 mm
A velocidade da onda trafegante produzida pelo enrolamento primário de um MIL,
também conhecida como velocidade síncrona, pode ser determinada pela Equação 1.1,
como demonstra [8].
8
𝑣𝑠 = 2𝜏
𝑇= 2𝜏𝑓 (1.1)
Conforme observado, a velocidade de um MIL não depende do número de polos
como em um motor rotativo. Em um motor linear, a velocidade depende apenas do passo
polar e da frequência de alimentação. Esta diferença pode ser justificada pelo circuito
magnético linear do MIL, que provoca um deslocamento transversal do campo magnético,
ao invés do campo girante.
O escorregamento de um MIL pode ser definido como a diferença entre as
velocidades síncrona (velocidade da onda eletromagnética) e mecânica do motor em p.u.,
como mostra a Equação 1.2:
𝑠 = 𝑣𝑠−𝑣𝑚
𝑣𝑠 (1.2)
1.2. Frenagem do veículo
A frenagem do MagLev-Cobra pode ser realizada através dos sistemas mecânico e
elétrico. Aciona-se o freio mecânico nas estações, para o embarque e desembarque de
passageiros, e em casos de emergência. A frenagem elétrica, por sua vez, está agregada
à frenagem mecânica a fim de reduzir o desgaste das sapatas de freio e suavizar as
transições de velocidade do veículo. Existem, basicamente, três tipos de frenagem elétrica
aplicados em motores de indução:
I. Frenagem por contra-corrente - obtida por meio da inversão da sequência de
fases que alimentam o motor. Este tipo de frenagem não é aplicável no MagLev-
Cobra pois suas instalações não permitem a inversão da sequência de fases do
motor do veículo;
II. Frenagem CC - obtida por meio da injeção de corrente contínua nos
enrolamentos de fase do motor, promovendo um campo magnético estacionário
no entreferro;
III. Frenagem regenerativa ou Frenagem dinâmica - obtida através da redução da
frequência de alimentação do motor. Embora apresentem o mesmo princípio de
funcionamento, suas características quanto ao seu conversor são distintas. De
modo sucinto, a frenagem regenerativa permite devolver energia para rede
elétrica ou armazená-la em baterias/capacitores. A frenagem dinâmica, por sua
vez, promove a dissipação da energia gerada em banco de resistores.
9
As curvas de força por velocidade, apresentadas na Figura 7, permitem uma análise
elucidativa do processo de regeneração de energia durante a frenagem.
Figura 7 - Curva força x velocidade com variação da frequência. (Fonte: [4])
A Figura 77 ilustra um caso em que, quando o motor opera no ponto 1, a velocidade
síncrona 𝑣𝑠 ultrapassa a velocidade desenvolvida pelo motor 𝑣. Neste instante, com base
na Equação 1.2, o escorregamento é positivo e a energia elétrica consumida transforma-se
em movimento.
Ao reduzir a frequência de alimentação 𝑓, mantendo constante a relação entre
tensão e frequência, o motor passa a operar em uma nova curva de torque por velocidade.
O motor, então, tem seu ponto de operação deslocado do ponto 1 para o ponto 2. E,
instantes depois, o motor passa a operar no ponto 3, onde atinge a estabilidade.
Segundo [4], o motor opera no ponto 2 devido a inércia mecânica do motor que não
permite a variação imediata da velocidade. Neste momento, a energia é regenerada pois a
velocidade 𝑣 desenvolvida pelo motor supera a velocidade síncrona 𝑣′𝑠 da nova curva de
operação, tornando o escorregamento da máquina negativo.
Ao iniciar o processo de frenagem do MagLev-Cobra, a frequência de alimentação
do motor se reduz até atingir a frequência nula. Desta forma, o motor tem sua velocidade
reduzida e a energia gerada durante a parada pode ser recuperada.
10
O freio CC pode ser acionado em caso de falha do inversor, transferindo a energia
de um banco de baterias para os enrolamentos de fase do MIL. A corrente contínua
circulante oferece o efeito de frenagem.
O freio mecânico deve ser acionado em emergências, caso falhe um dos métodos
de frenagem elétrica e, em operação normal, sempre que se atinge uma estação de modo
a permitir o embarque e desembarque seguro de passageiros.
1.3. Acionamento Regenerativo
Para operar com um sistema de frenagem regenerativa, o MagLev-Cobra utiliza um
conversor bidirecional de potência regenerativo, apresentado de forma simplificada na
Figura 88.
Figura 8 – Esquema simplificado do acionamento regenerativo do MagLev-Cobra.
Um transformador trifásico de 380VCA ligado em estrela, a 60 Hz, energiza o quadro
regenerativo. Nele, o circuito de pré-carga – composto por um banco de resistor em série
com uma ponte retificadora de diodos – realiza o carregamento do banco de capacitores
até atingir 70% da carga nominal, quando o banco de resistor e a ponte de diodos são
desconectados. O circuito de pré-carga tem a importante função de controlar a carga no
11
banco de capacitores, evitando correntes elevadas. Já o filtro inserido tem a função de
evitar a circulação de correntes de alta frequência, geradas pelos transistores do conversor
regenerativo, na rede elétrica.
Nas seções a seguir, são especificados os inversores de saída (CFW11-88A) e o
conversor regenerativo (CFW11-105-RB), ambos fabricados pela WEG, ressaltando as
suas funções e características mais relevantes para o desenvolvimento deste trabalho.
1.3.1. Inversor de Saída CFW11-88A
Os inversores de saída, mostrados na Figura 8, estão localizados no interior do
MagLev-Cobra (Figura 9) nos módulos 1 e 4 e alimentados com uma tensão de 540 VCC.
Um dos inversores está designado para o controle do MIL, que opera com 420 VCA.
Figura 9 – IHM do CFW11-88A destinado para o acionamento do MIL
O CFW11-88A gera tensões trifásicas alternadas para controlar o motor e torna
possível a propulsão e frenagem do veículo através de diferentes curvas e tempos de
aceleração e desaceleração.
Os dados de placa do CFW11-88A estão apresentados na Tabela 3.
12
Tabela 3 - Dados de Placa do inversor CFW11
Rede Saída
Tensão
380-480
VAC/3~
Rede
3~
Corrente (Sobrecarga
normal) 88 A 88 A
60s/3s 96,8 A/132 A
Frequência 50/60 Hz 0-300 Hz
O comando, parametrização e monitoração deste equipamento pode ser feito por
meio de sua IHM ou através de um software disponibilizado pela WEG, o SuperDrive G2.
Através deste software de programação, o inversor de frequência pode ter seus parâmetros
monitorados e alterados através de um computador.
1.3.2. Conversor regenerativo CFW11-105-RB
O CFW11-105-RB é um conversor trifásico CA/CC que tem a capacidade natural de
permitir a devolução da energia à rede no momento da frenagem do motor acionado. Trata-
se de um conversor regenerativo que controla o barramento CC, servindo de fonte de
tensão para os inversores de saída, e devolve a energia armazenada nos capacitores à
rede elétrica. Os dados de placa do CFW11-105-RB estão apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 - Dados de Placa do CFW11-105-RB
CFW11-105-RB
Entrada CA
Tensão de entrada 380 V
Tensão no barramento
CC 537 V
Corrente Nominal 127 A
Corrente Contínua 50 kA
Frequência 60 Hz
13
1.4. Linha Experimental
Inaugurada em 01/10/2014 para demonstrar a viabilidade técnica do MagLev-Cobra,
a linha experimental está instalada entre dois blocos do Centros de Tecnologia da UFRJ,
CT-I e CT-II. A Figura 6 fornece a visão aérea do percurso da linha de testes, que possui
aproximadamente 200 metros de comprimento.
Figura 6 – Linha experimental entre os Centros de Tecnologia I e II. Fonte: [9]
Entre as estações há um desnível de aproximadamente 1,35 metros, fornecendo à
via um aclive de aproximadamente 0,8% do CT-I para o CT-II, como ilustra a Figura 7.
Figura 7 - Desnível da linha de testes
Ao longo da via elevada estão fixados o secundário do motor de indução linear e os
trilhos de imãs, mostrados na Figura 8.
14
Figura 8 - Trilhos de imãs permanentes
2. AVALIAÇÃO DO ACIONAMENTO
Atualmente, o MagLev-Cobra opera na linha experimental a uma velocidade de 10
km/h, mas o intuito é que, no futuro próximo, o veículo circule a uma velocidade maior. Por
isso, cinco diferentes velocidades superiores à atual foram testadas: 12 km/h, 14 km/h, 16
km/h, 18 km/h e 20 km/h.
Os testes contaram ainda com a análise de três perfis de rampa de aceleração e
desaceleração do MIL e variados tempos de aceleração/desaceleração, buscando agregar
o conforto e o menor consumo do veículo em cada viagem.
Com o computador conectado ao inversor de frequência que aciona o MIL, foram
monitoradas, através da função Trend do software SuperDrive G2, a tensão do barramento
15
CC, a corrente e a frequência do motor. A análise dos dados obtidos tem como base o
conforto e o consumo de energia em cada perfil de rampa.
2.1. Rampa S: consumo e conforto
Por possibilitar maior suavidade nas transições de velocidade, a rampa em “S” deve
ser estudada. Nesta seção, são apresentados a definição e um comparativo entre os três
perfis de rampa S (0%, 50% e 100%) nas perspectivas: consumo e conforto.
Em trabalhos anteriores, como em [4], foram realizados testes em que um motor de
indução linear foi acelerado até uma determinada velocidade constante e, em seguida,
desacelerado até a velocidade nula, conforme mostra a Figura 13.
Figura 13 - Trajetória trapezoidal. Fonte: [4]
Seguindo a mesma metodologia dos testes realizados em [4], o MIL do MagLev-
Cobra foi acelerado até uma velocidade constante e, em seguida, desacelerado até a
velocidade nula. Entretanto, nestes testes foi proposta uma melhora para o desempenho
do motor e suavização na operação do veículo. Três perfis da rampa de
aceleração/desaceleração foram impostos ao motor através da parametrização do inversor
de frequência: Rampa S 0%, Rampa S 50% e Rampa S 100%, conforme ilustrado na Figura
14.
Figura 14 - Rampas de aceleração/desaceleração. Fonte: [13]
16
O perfil da rampa de aceleração e desaceleração faz parte das inúmeras vantagens
inerentes do acionamento de máquinas elétricas oferecidas pelo inversor de frequência que
controla o MIL do MagLev-Cobra, o CFW11.
O CFW11 possui, basicamente, dois tipos de rampas, a saber:
I. Rampa Linear ou Rampa S 0%:
Rampa mais simples e, segundo [15], indicada para cargas com pouca inércia.
Nos instantes das transições velocidade nula-rampa e rampa-velocidade final, o
sistema acoplado ao motor recebe impulso que produz vibrações nos
equipamentos conectados ao motor.
A Figura 15 mostra as curvas de velocidade, aceleração e jerk, quando uma carga
é acionada por uma rampa do tipo S 0%. O jerk mede a taxa de variação da
aceleração, ou seja, trata-se da derivada da aceleração, e seu uso é bastante
comum na busca pelo conforto nos movimentos.
Figura 15 – Velocidade, aceleração e jerk para uma rampa linear
Na rampa S 0% não há continuidade do jerk no início e final do movimento. Deste
modo, não se pode garantir um movimento suave nas extremidades.
II. Rampa em “S”:
A rampa em “S”, no entanto, permite uma transição de velocidade mais suave
devido ao seu perfil não-linear.
17
A Figura 16 mostra as curvas de velocidade, aceleração e jerk, quando uma carga
e acionada por uma rampa em “S”. O perfil do jerk neste tipo de rampa permite
que as transições de velocidade ocorram de forma mais suave e,
consequentemente, mais agradável ao usuário. Por isso, utiliza-se este tipo de
rampa para acelerar/desacelerar cargas que necessitem de partidas/paradas
suaves.
Figura 16 – Velocidade, aceleração e jerk para uma rampa em “S”
O ajuste do perfil de rampa de aceleração/desaceleração pode ser feito através do
parâmetro de programação P0104 do inversor de frequência CFW11. Além deste
parâmetro, outros três precisam ser ajustados: velocidade final (parâmetro P0121), tempo
de aceleração (parâmetro P0100) e tempo de desaceleração (parâmetro P0101).
A velocidade configurada deve ser fornecida em rpm e pode ser obtida através da
velocidade em km/h desejada, como mostra a Equação 2.1.
𝑛 =𝑛𝑛𝑜𝑚∗𝑣
𝑣𝑛𝑜𝑚 (2.1)
A velocidade nominal, em rpm e em km/h, pode ser determinada por meio dos dados
nominais do MIL apresentados na seção 2.2, como mostram as Equações 2.2 e 2.3.
𝑛𝑛𝑜𝑚 =120.𝑓
𝑃=
120∗25
6= 500 𝑟𝑝𝑚 (2.2)
𝑣𝑛𝑜𝑚 = 7,8 𝑚𝑠⁄ ≈ 28,08 𝑘𝑚
ℎ⁄ (2.3)
18
Os tempos médios de aceleração e desaceleração, no entanto, podem ser obtidos
através da equação da aceleração média, como mostra a Equação 2.4:
𝑎𝑚é𝑑𝑖𝑎 = |𝑣− 𝑣0|
∆𝑡 (2.4)
∆𝑡 = 𝑡𝑎𝑐 = 𝑡𝑑𝑒𝑠 = |𝑣 − 𝑣0|
𝑎𝑚é𝑑𝑖𝑎
Para determinar os tempos de aceleração e desaceleração, foram adotadas quatro
diferentes acelerações médias: 0,3 m/s², 0,7 m/s², 1,0 m/s² e 1,2 m/s².
3. RESULTADOS EXPERIMENTAIS: CONSUMO E CONFORTO
O consumo de cada perfil foi verificado no gráfico de Energia (Wh), no ponto
correspondente à referência de velocidade indicada pelo inversor. A Figura 17 ilustra como
foi determinado o ponto de consumo da rampa de aceleração.
Figura 17 - Determinação do ponto de consumo das rampas de aceleração
A análise do consumo dos perfis de rampa S considera apenas a rampa de
aceleração nas viagens CT-I → CT-II, trajeto que mais consome energia devido ao aclive
da via.
19
Em todos os casos analisados, o consumo de uma rampa S 0% foi, em média, 12%
maior em relação a rampa de menor consumo e, de modo geral, as rampas S 50% e 100%
possuem gastos similares, como mostra a Figura 18.
Figura 18 - Consumo de Energia até chegar à velocidade nominal das Rampas S
Os testes mostraram também que o consumo cresce quando a velocidade aumenta,
como esperado, pois o acréscimo da velocidade gera um aumento na corrente demandada
pelo motor.
As Tabelas 5, 6, 7, 8 e 9, dispostas por velocidades, apresentam com detalhes o
consumo dos três perfis de rampa de aceleração até o ponto de velocidade constante, para
cada uma das quatro acelerações analisadas. Apresentam também o percentual de
aumento do consumo do maior valor registrado em relação ao menor, para todos os casos.
Tabela 5 – Consumo de Energia (Wh) até chegar à velocidade de 12 km/h da Rampa S.
Aceleração
Média
(m/s²)
Consumo Rampa S (Wh) Aumento (%)
Menor x Maior
Consumo 0 % 50 % 100 %
0,3 38,8 36,9 35,3 9,9
0,7 16,2 15,1 14,5 11,7
1,0 11,0 10,7 9,9 11,1
1,2 9,6 9,1 8,7 10,3
20
Tabela 6 - Consumo de Energia (Wh) até chegar à velocidade de 14 km/h da Rampa S.
Aceleração
Média
(m/s²)
Consumo Rampa S (Wh) Aumento (%)
Menor x Maior
Consumo 0 % 50 % 100 %
0,3 55,8 54,1 50,8 9,8
0,7 23,2 20,9 21,2 11,0
1,0 14,8 13,4 13,3 11,3
1,2 13,0 10,8 11,3 20,4
Tabela 7 - Consumo de Energia (Wh) até chegar à velocidade de 16 km/h da Rampa S.
Aceleração
Média
(m/s²)
Consumo Rampa S (Wh) Aumento (%)
Menor x Maior
Consumo 0 % 50 % 100 %
0,3 85,3 74,6 75,8 14,3
0,7 31,0 28,4 28,9 9,2
1,0 23,6 22,4 20,7 14,0
1,2 18,6 18,0 16,6 12,0
Tabela 8 - Consumo de Energia (Wh) até chegar à velocidade de 18 km/h da Rampa S.
Aceleração
Média
(m/s²)
Consumo Rampa S (Wh) Aumento (%)
Menor x Maior
Consumo 0 % 50 % 100 %
0,3 101,8 86,6 89,9 17,6
0,7 42,3 36,6 38,6 15,6
1,0 29,9 26,5 27,9 12,8
1,2 23,1 21,1 21,2 9,5
21
Tabela 9 - Consumo de Energia (Wh) até chegar à velocidade de 20 km/h da Rampa S.
Aceleração
Média
(m/s²)
Consumo Rampa S (Wh) Aumento (%)
Menor x Maior
Consumo 0 % 50 % 100 %
0,3 127,0 118,0 123,3 7,6
0,7 57,2 53,0 50,7 12,8
1,0 41,9 38,2 36,8 13,9
1,2 31,9 30,0 31,7 6,3
Do ponto de vista do conforto, percepções apontaram como ideal a rampa S 50%,
que apresentou mais suavidade comparada a rampa S 0% e melhor resposta, para a
condição de frenagem, comparada a rampa S 100%.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Um dos maiores desafios das metrópoles de todo o mundo é, sem dúvidas, a
mobilidade urbana. Mudar os padrões da mobilidade tradicional e buscar, sobretudo,
soluções que priorizem questões ambientais, como a emissão de gases poluentes ou o
ruído ambiental, é essencial.
O MagLev representa um modelo de tecnologia sustentável e, como mostrado neste
artigo, possui muitas vantagens sobre o sistema roda-trilho convencional. Este veículo pode
ser considerado um importante componente na solução dos problemas de transporte
urbano e do consumo consciente de energia elétrica por ser inovador e de baixo impacto
ambiental.
Este trabalho apresentou testes realizados para o ajuste de partida do motor linear
do protótipo operacional do MagLev-Cobra, de modo a ajustar o seu acionamento.
Os testes experimentais realizados possibilitaram a análise do consumo de três
perfis de rampa. Os dados obtidos nos testes mostraram que as rampas de
aceleração/desaceleração em “S” são as mais indicadas, pois apresentaram menor
consumo e mais suavidade nas transições de velocidade. Percepções dos usuários,
presentes no veículo durante a realização dos testes, apontaram como ideal a rampa S
50%, que apresentou mais suavidade comparada à rampa S 0% e melhor resposta, para o
caso da frenagem, comparada a rampa S 100%.
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Ao analisar diferentes valores de acelerações, foi possível verificar a capacidade do
motor em atender às diversas variações de frequência. Para esta análise foram utilizados
dados de tempo e velocidade do veículo obtidos pelo GTA/UFRJ, que utiliza informações
de GPS. Os resultados mostram que em acelerações superiores à 0,7 m/s² o veículo leva
mais tempo para atingir a velocidade constante, o que permite concluir que, a partir de 0,3
m/s², o MagLev-Cobra passa a operar à esquerda do conjugado máximo.
Desta forma, para a operação do veículo na linha experimental de 200 m de
extensão, foi proposto manter a velocidade atual, de 10 km/h, ajustar o tempo de aceleração
de 20s para 10s, de modo a operar com uma aceleração próxima de 0,3 m/s², e alterar a
rampa S de 0% para 50 %.
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