Excentricidade de Máquina de Indução Trifásica

Estudo da excentricidade numa Máquina de Indução Trifásica de Rotor em Gaiola de Esquilo

A. S. Dantas

Electrical Engineering

Engineering Superior Institute of Lisbon

Lisbon, Portugal

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Resumo – A eficiente de máquinas elétrica para qual foi projetada com vista a retirar o seu melhor rendimento é um aspeto de enorme importância.

 Este artigo descreve a análise dos efeitos da excentricidade de máquina de indução e os seus efeitos sobre o binário. Este tema é de grande importância para diagnóstico de avarias.

 Essa análise será feita pelo método dos elementos finitos. 

Este documento também apresenta o estudo do efeito da excentricidade do rotor em três regimes distintos de posição, estacionário, dinâmico e misto, permitindo deste modo uma comparação entre eles e os efeitos observados na posição do rotor e no binário. 

Análise da máquina de indução e do binário será feita com rotor centrado e comparando com os regimes estacionário, dinâmico e misto para seguintes posionamentos do rotor:

1. Descentrado a 25% do air gap,
2. Descentrado a 50% do air gap
3. Descentrado a 75% do air gap. 

A influência do binário nos vários regimes em uma máquina de indução permite diagnosticar anomalias da máquina.

Palavras-chave: máquina de indução; excentricidade do rotor; avarias do rotor; binário; Método dos elementos finitos.

INTRODUÇÃO
O objetivo deste trabalho é estudar a influência de um determinado defeito de excentricidade em uma máquina de indução, nos diversos regimes de posição do rotor em estacionário, dinâmico e misto.
A existência destes problemas de mau funcionamento e que leva até destruição da máquina torna-se este assunto mais significativo e de grande preocupação em aplicações industriais. 

Este estudo concentra-se na análise de determinados parâmetros da máquina de indução com diversos posicionamentos do rotor.

Os objetivos deste trabalho são os seguintes:

1. Realizar com sucesso a modelização de uma máquina de indução de rotor em gaiola de esquilo;
2. Obter modelos distintos para diferentes topologias de excentricidade do rotor, nomeadamente estática, dinâmica e mista;
3. Abordar o comportamento do binário perante as diferentes topologias da máquina para a situação de excentricidade, tendo em conta o funcionamento da máquina em regime estático, dinâmico e misto;
4. Interpretar os resultados obtidos.

I. Método dos Elementos Finitos

O Método dos Elementos Finitos (ou MEF) é um método de análise de modelos matemáticos de problemas físicos em meios contínuos, com base em equações de Maxwell e as equações dos próprios materiais. Quando relacionado, eles descrevem completamente as equações de campo. Consiste na divisão (malha) do domínio integração num número finito de pequenas regiões (triângulos), que são chamados de "elementos finitos", passando de um domínio constante a um domínio discreto.
O presente trabalho utiliza o método dos elementos finitos para a análise de campo, proporcionando desta forma uma avaliação precisa da distribuição do campo magnético e desempenho mecânico da máquina. A geometria complexa do estator e rotor de laminação com barras em curto, como a distribuição espacial dos condutores nas ranhuras do estator, e o efeito da não linearidade do material magnético deve ser tida em conta.

Procedeu-se assim à atribuição de uma malha de elementos finitos cuja dimensão para as diferentes zona da máquina pode ser observável na tabela 1.

Zona	Tamanho da malha de elementos finitos em mm
Ar	0,1
Barras rotóricas	1
Ferro	1
Veio	0
Enrolamentos	1

Tabela 1 - Representação da malha de elementos finitos utilizada nas simulações

II. Pressupostos e modelização DA MÁQUINA.

Dado a topologia da máquina em estudo, o tipo de problema usado foi do tipo planar, uma vez que se assumiu que os fenómenos magnéticos são iguais em cada plano (x,y) normal com o eixo dos zz (rotor centrado). Desta forma os efeitos dos condutores que ligam uma cava estatórica a outra são desprezados. Em termos de dimensões, a unidade usada na modelização das máquinas foi o milímetro (mm). Cada simulação foi realizada para uma frequência de 50 Hz, frequência da rede elétrica. Em traços gerais, a máquina usada trata-se de uma máquina de indução trifásica, de 2kW de potência. É composta por um total de 4 polos, 36 cavas estatóricas e 28 barras rotóricas. Cada fase é composta por um total de 3 bobinas (A,B,C). Em termos de dimensões, a máquina possui um diâmetro de 130 mm e uma profundidade de 100 mm.

Realizou-se representação da totalidade da máquina por era impossível usar simetria devido estudo excentricidade não há simetria e só existe no caso rotor centrado na figura 1.

[pic 4]

Figura 1 - Rotor centrado; Modelo do FEMM

 Escolha de matérias

Os enrolamentos estatóricos o material é Stator Winding, o material envolvente dos enrolamentos estatóricos e das barras rotóricas do material M-15 steel.

As barras rotóricas o material é Alumium e o no veio da máquina e no entreferro é Air.

 Dimensionamento dos Condutores