Desempenho térmico de motores elétricos de indução

Abstract

A predição exata da distribuição de temperatura em uma máquina elétrica no estágio do projeto está se tornando cada vez mais importante. Esta predição permite ao projetista otimizar o projeto, economizando assim custos efetivos. Apesar da importância de se conhecer a temperatura no interior de máquinas elétricas girantes, a literatura disponível não apresenta metodologias que possibilitem obter tal informação de forma satisfatória, que façam uso do estado da arte referente ao conhecimento disponível em escoamento e transferência de calor. No presente trabalho, o projeto térmico de motores de indução é revisto e um modelo térmico com parâmetros acoplados é apresentado para determinar a distribuição de temperatura em um motor de indução, operando em regime permanente. O modelo térmico com parâmetros acoplados consiste na combinação de parâmetros térmicos globais e de parâmetros térmicos distribuídos nas diferentes partes da máquina. O conhecimento da distribuição das perdas (fontes de calor) envolvidas na máquina é essencial na construção e análise do modelo térmico. Adotando procedimentos padrões na análise do motor, as perdas são avaliadas através de ensaios elétricos, e distribuídas no estator e no rotor. Empregando o modelo térmico, uma análise de sensibilidade é realizada, indicando que o parâmetro mais crítico no resfriamento do motor é o coeficiente convectivo de transferência de calor em sua superfície externa. Medições e cálculos exploram a não uniformidade do coeficiente de transferência de calor local da carcaça do motor para o ar ambiente e seu impacto na temperatura do motor. Ensaios em três rotações distintas mostraram variações no coeficiente de transferência de calor em torno de 20% quanto se altera a rotação de 900 rpm para 1200 rpm e cerca de 40% alterando de 1200 rpm para 1800 rpm. Algumas sugestões são apresentadas para reduzir a temperatura de operação do motor, incluindo o uso de guias para direcionar melhor o escoamento de ar sobre a carcaça. O efeito das guias de correção do escoamento de ar sobre a carcaça possibilitou observar uma elevação média de 5% no coeficiente de transferência de calor na traseira, 40% na central e 20% na dianteira do motor comparado com os resultados obtidos na condição de referência.