Modelo térmico simplificado de um motor de indução

Abstract

Motores elétricos são dispositivos utilizados para converter energia elétrica em energia mecânica e são os responsáveis atualmente por fornecer a força motriz para quase todas as ferramentas, principalmente no setor industrial. Uma das partes mais críticas em um projeto de um motor elétrico é o isolamento de seus enrolamentos, que possui um limite máximo de temperatura tolerável para o correto funcionamento da máquina. Em outras palavras, a temperatura máxima do enrolamento limita a potência máxima que pode ser fornecida continuamente pelo motor. Neste sentido, há uma crescente necessidade por modelos térmicos que permitam a previsão de distribuição de temperaturas nos componentes de um motor elétrico. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um modelo térmico simplificado, a fim de determinar a distribuição de temperatura dos componentes de um motor de indução sob diferentes condições de carga. Para tanto, um modelo téorico simplificado foi implementado por meio de um circuito térmico com as interligações entre componentes modeladas via condutâncias globais. Em seguida foram realizados ensaios experimentais, visando obtenção de dados de entrada e de calibração do modelo. Após, o modelo foi simulado com o auxílio do software OpenModelica. Os resultados obtidos a partir da simulação foram avaliados e discutidos. Por fim, foi realizada uma análise de sensibilidade das capacidades térmicas para o comportamento transiente do modelo. Comparando os resultados de simulação com medições, observou-se desvios de temperatura inferiores a 4°C.

The electrical motor is a device used to convert electrical energy into mechanical energy and it is responsible today for providing the driving force for almost all tools, especially in the industrial sector. One of the most critical parts of the design of an electrical motor is the insulation of its windings, which has a maximum tolerable temperature limit for the correct operation of the machine. In other words, the maximum winding temperature limits the maximum power that can be supplied continuously by the motor. In the same line, there is an increasing need for thermal models that allow the prediction of temperature distribution in the components of an electrical motor. In this way, the present work has the objective of developing a simplified thermal model in order to determine the temperature distribution of the components of an induction motor under different load conditions. To this end, a simplified theoretical model was implemented using a thermal circuit with interconnections between components modeled by global conductances. Experimental tests were carried out to obtain the input and calibration data of the model. Afterwards, the model was simulated with OpenModelica software. The results obtained from the simulation were evaluated and discussed. Finally, a sensitivity analysis of the thermal capacities for the transient behavior of the model was performed. Comparing the simulation results with the measurements, typical temperature deviations below 4 °C were observed.