O calor é naturalmente uma forma de energia, contudo, que não é aproveitada para potência mecânica, considerando-se assim como uma perda. A temperatura do motor e as suas perdas estão inseparavelmente ligadas podendo deste jeito estudar as perdas (totais) com base na elevação da temperatura do motor. A elevação da temperatura acima do limite máximo do motor é capaz de reduzir a vida útil do esmalte sintético e do filme isolante que isolam eletricamente as bobinas estatóricas.
No circuito equivalente do motor, as suas perdas são representadas pelas resistências R1, R2e
R0e têm varias origens; porém nem todas elas têm a dependência nos mesmos fatores.
Subdividindo as perdas do motor quanto às suas origens físicas, nomeiam-se as perdas me- cânicas (nos mancais/rolamentos e por ventilação), as perdas por efeito Joule nos enrolamentos (do estator e do rotor) e perdas magnéticas (por histerese e por correntes de Foucault). Todas estas perdas são designadas como perdas fundamentais e são já suficientemente bem mensuráveis e previsíveis; contudo existem outras parcelas de perdas, denominadas como perdas suplemen- tares ainda muito difundidas no valor das perdas totais uma vez que, para quantificar as perdas suplementares, seria necessário um cálculo analítico rigoroso e complexo. Mesmo sendo possível quantificar uma parte destas perdas suplementares desagregadas de todos os outros tipos de perdas, ainda no tempos de hoje alguma parcela destas perdas é alocada ou nas perdas no ferro ou até nas perdas por efeito Joule quer do estator quer do rotor. Exemplos de perdas suplementares são perdas Joule no ferro devidas às correntes inter-barras, perdas por efeito pelicular gerado nos condutores elétricos, as perdas causadas por harmónicos, isto é, harmónicos espaciais da força magnetomotriz (bobinas espaçadas não infinitesimalmente) e harmónicos provenientes das diferenças de permea- bilidade magnética devido à geometria das ranhuras/dentes (11). Todas estas perdas suplementares dependem da carga/corrente, da resistência elétrica da ligação dente-barra e também da disposi- ção dos enrolamentos. É comum, de modo a fazer uma análise comparativa entre as perdas com alimentação sinusoidal e as perdas introduzidas pelo conversor, nomear uma parcela das perdas suplementares por perdas harmónicas com exemplos como: harmónicos provenientes da não uni- formidade da permeabilidade entre o estator e o rotor, harmónicos provenientes da laminagem do
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núcleo de ferro assim como foi referido anteriormente, harmónicos gerados pela existência de um espaço finito entre as ranhuras do estator que resultará numa força-magnetomotriz em escada e que resultam de um estudo aprofundado de vários investigadores acerca das diferenças introduzi- das pelo conversor de frequência no motor (12).
As perdas suplementares totais diminuem com o aumento da frequência de comutação (6)(13); contudo, as perdas no conversor aumentam, por isso é necessária alguma agilidade por parte dos fabricantes por forma a encontrar um ponto de encontro no que diz respeito ao rendimento do sis- tema motor-conversor. Apesar de a generalidade das perdas diminuir com o aumento da frequên- cia de comutação bem como com a proximidade do índice de modulação unitário, algumas perdas como as perdas no ferro e o efeito pelicular aumentam consideravelmente quando comparadas com a alimentação sinusoidal da rede (11)(14)(15).
Um dos problemas mais enfrentados por diversos investigadores é o de separar e medir as perdas provocadas pelos termos fundamentais - da tensão e das correntes - e pelos seus termos harmónicos (12). É usual as perdas adicionais incluírem-se na medição das perdas em vazio, ainda que variem com a carga devido à sua natureza espacial (16). Outro método também uti- lizado para entender o comportamento das perdas do motor com o conversor é igualar o valor eficaz da corrente fundamental da onda PWM ao valor eficaz da corrente fundamental aquando da alimentação pela rede, mantendo obviamente a tensão fundamental ao nível estipulado (U / f = constante). Isto levará a que a diferença entre as perdas de ambos os ensaios possa ser conside- rada como as perdas adicionais provocadas pela alimentação PWM (17). Ainda que se consiga quantificar o acréscimo de perdas introduzido pelo conversor, não é trivial separar as mesmas nas diversas componentes. Apesar de muito esforço por parte dos grupos de trabalho, as perdas no ferro são consideravelmente difíceis de se desvendar. Lembrando que as perdas por histerese de- pendem linearmente da frequência enquanto que as perdas por correntes de Foucault dependem quadraticamente é possível concluir que aquando da operação do motor a frequências baixas o peso das perdas no ferro situar-se-á na componente de histerese e que na operação a frequências altas situar-se-á na componente por correntes de Foucault (18).
Todas estas influências devem ser tidas em conta para o caso de operação de motores de menor ou de maior potência, já que nos motores de reduzida potência têm a sua maior concentração de perdas no cobre enquanto que nos motores de maior potência o foco das perdas encontra-se no núcleo de ferro. Mais uma vez é necessário encontrar um ponto de equilíbrio aquando da opera- ção com conversor PWM de modo a reduzir tanto quanto possível o valor das perdas totais. Sendo claro, à partida, que a introdução de um conversor na alimentação do motor de indução leva a que este apresente mais perdas totais do que perante uma alimentação sinusoidal a partir da rede.
Resumindo: uma atenção a ter por parte dos fabricantes é a variação de temperatura experi- mentada no interior do motor, já que, em caso de mau projecto, a temperatura no interior poderá exceder os limites máximos do material isolante acabando este por perder continuamente as suas propriedades. Esta análise de resultados pode ser feita pelo ensaio de elevação da temperatura que leva ao valor da diferença entre a temperatura na carcaça (6) ou nos enrolamentos e a ambiente.
2.2 Introdução ao Motor alimentado por conversor 17
É desta diferença que se podem prever as perdas totais geradas pelo motor sendo assim muito útil levar o motor a um estado estacionário de temperatura de modo a poder-se avaliar as suas perdas totais em regime nominal quando alimentado por conversor, para efeitos de comparação com en- saios clássicos de alimentação sinusoidal. Outra possível condicionante para o sobreaquecimento do motor ocorre quando a este é imposto um regime de velocidade baixa e ao mesmo tempo a ven- tilação não é forçada, sendo acoplada diretamente ao veio, resultando numa refrigeração reduzida. Isto pode levar a um sobreaquecimento da máquina e é bom ter cautela com este tipo de operação.