Walter Evaldo Kuchenbecker¹; Júlio Carlos Teixeira²

¹Pesquisador Doutor Colaborador do Programa de Pós-Graduação em ENERGIA – UFABC, [email protected];

²Professor do Programa de Pós-Graduação em ENERGIA, UFABC, [email protected]

RESUMO

A necessidade de medição da elevação de temperatura é de comum interesse entre as empresas que fornecem máquinas elétricas ou realizam serviço e principalmente ao usuário. A fabricação ou um reparo devem atender os limites térmicos da isolação da máquina elétrica, pois isso compromete a vida útil. Além da elevação de temperatura, o ensaio pode identificar possíveis falhas de projeto, fabricação e nos circuitos de refrigeração. Estas condições são possíveis de avaliar somente com testes a plena carga. Se isto não for possível, pelo menos, o mais próximo das condições nominais, mesmo que para isso, tenha que utilizar metodologias equivalentes e extrapolações. O estudo tem como objetivo apresentar uma revisão nos métodos e técnicas para os ensaios de elevação de temperatura em máquinas elétricas girantes, demonstrando a importância e necessidade de realização para a garantia, tanto para reparos quanto para as máquinas elétricas novas.

INTRODUÇÃO

O calor é uma forma de energia que, no caso das máquinas elétricas, não é aproveitada para a realização do trabalho. Trata-se de uma energia perdida. Quanto maiores forem as perdas, menor será a eficiência da máquina elétrica. O calor gerado internamente acaba promovendo uma elevação de temperatura interna. Devido à diferença de temperatura estabelecida entre o interior da máquina elétrica e o meio exterior, ocorrerá um processo de transferência de calor [1].

A conversão eletromecânica de energia nas máquinas elétricas é composta por uma parte de perdas que se transformam em calor. Essas perdas são compostas pelo efeito Joule da corrente que circula nos enrolamentos, tanto do estator quanto do rotor. A interação entre o estator e a parte girante, o rotor, é feita pelo fluxo magnético induzido entre os componentes. Este fluxo circula pelos núcleos do estator e rotor, induzindo as indesejáveis correntes parasitas ou correntes de Foucault, que também geram calor pelas perdas no ferro. Estas perdas no ferro são minimizadas por causa dos pacotes construídos por lâminas isoladas entre si de chapa siliciosa. O pacote de chapas laminadas é influenciado pelas falhas nos enrolamentos ou na retirada das bobinas no reparo, pois estas lâminas isoladas podem entrar em curto e gerarem pontos quentes. Ainda na composição das principais perdas, somam-se as perdas mecânicas por atrito do eixo e os rolamentos e a ventilação [1]; [6] e [9].

A elevação de temperatura é um fator determinante para as avaliações das condições e características das máquinas elétricas, pois é normalmente limitada pelas propriedades térmicas dos materiais. O teste em carga é fundamental, pois este aproxima as condições de testes em fábrica com a aplicação final em campo e serve, principalmente, para avaliar a temperatura em regime. Quanto maior as estruturas dos laboratórios, melhor os resultados. Porém, mesmo que estas características nominais não sejam atendidas, metodologias equivalentes normalizadas possibilitam estas avaliações. O mesmo interesse é do cliente que busca revitalizar a máquina, para retornar as condições similares de uma máquina nova e que tenha garantia de operação por mais alguns anos.

Máquinas que trabalham com uma elevação de temperatura acima do especificado terão seu tempo de vida útil reduzido. Construir novos laboratórios com potência maior e equipamentos de simulação de carga também maiores geram grandes investimentos, tanto em máquinas como em circuitos de potência robustos, painéis eletrônicos, programas de informática e outros. Laboratórios com capacidade em torno de 10MW atendem uma grande quantidade máquinas. Porém, métodos simulando carga equivalente são empregados para determinação da elevação de temperatura dos motores que excedem a potência nominal instalada nos laboratórios.

As vantagens em se realizar ensaios em condições nominais são inúmeras, dentre elas, pode-se destacar a avaliação da vibração após estabilização térmica. Essa verificação é importante para identificarmos se há algum desbalanceamento por deslocamento de massa e possíveis barras do rotor com trincas ou interrompidas. Para máquinas com tensões inferiores a 1000V, o teste se torna indispensável para avaliar temperaturas de cabos do estator e rotor. Isso, porque, as correntes para essas máquinas elétricas são elevadas e para atender esta densidade de corrente, vários cabos são necessários. O teste com a capacidade nominal garante estas especialidades destes projetos. Os laboratórios que possuem capacidade em torno de 2500A, atendem a maioria dos ensaios, quando se trata de motores de indução.

O ensaio em carga nominal também irá mostrar que a troca de algum componente do sistema de refrigeração como, ventilador, trocador, radiador, foi eficaz. Em máquinas com escovas fixas, pode-se comprovar que a troca ou adequação da escova está atendendo aos critérios de norma ou do fabricante da escova, quando houver informação. Para máquinas de corrente continua, além dos itens já citados como temperatura de cabos, escovas e enrolamentos, também pode verificar qual é o nível de faíscamento nas escovas e realizar o ajuste, caso seja necessário, garantindo que o motor irá operar sem a necessidade de novos ajustes.

A figura 1 apresenta um modelo térmico de uma máquina elétrica. Com base nesta figura, pode-se verificar a complexidade e componentes envolvidos numa análise térmica. Todos estes componentes devem ser garantidos em operação para não comprometer a vida útil do equipamento [6].

Figura 1: Circuito térmico de uma máquina elétrica.

MÉTODOS NORMALIZADOS DE ENSAIOS

2.1. Método de ensaio para elevação de temperatura em motores de indução

Existem vários métodos para elevação de temperatura. O método de aplicação direta de carga, pode ser talvez o mais convencional, porém demanda grandes estruturas e altos custos envolvidos. Outro, que também é muito conhecido é o Forward Short Circuit, que consiste em acoplar a máquina a ser ensaiada em outra com características similares, como carga. Este método também possui limitações e dificuldades, pois se precisa de máquinas similares para a carga e toda a estrutura para acoplar uma contra a outra. A maioria dos métodos que necessitam de acoplamento, possuem custo elevado e requerem máquinas extras para a aplicação de carga. A condição de acoplar é complexa, principalmente em caso de máquinas verticais.

O método mais dinâmico e viável para os ensaios de elevação de temperatura em motores elétricos de grande porte é a dupla frequência. Este método não requer máquinas extras ou cargas mecânicas. A elevação de temperatura pela dupla frequência requer apenas duas fontes de tensão e frequência variáveis. O teste pode ser aplicado em qualquer tipo de motor de indução com a vantagem da agilidade e custo menor, além de consumir em torno de 40% da potência da máquina a ser ensaiada.

O ensaio de elevação de temperatura por dupla frequência já foi proposto por Ytterberg em 1921.O motor não é acoplado mecanicamente, o mesmo roda livremente. A fonte principal fornece tensão e frequência nominais ao motor em teste. A fonte auxiliar tem uma frequência menor, em torno de 60 a 95% da frequência e a tensão entre 5 a 25%, ambas referentes à fonte principal. A tensão e frequência da fonte auxiliar são ajustadas até que a corrente nominal do motor em teste é atingida. O rotor oscilará em torno à velocidade síncrona, operando entre motor e gerador [4].

Existem duas possibilidades para aplicar o método de dupla frequência. O método apresentado na figura 2 consite em duas fontes com um transfomador. A fonte principal é interligada em série com um dos enrolamentos do transfomador. A entrada é ligada ao gerador de fonte e a saída do enrolamento do transformador é ligada ao motor em teste. A segunda fonte que é auxiliar, serve como controle da corrente do motor em teste. Esta fonte auxiliar é conectada a entrada ao outro enrolamento do transformador e a saída deste enrolamento é fechado em estrela [3].

Figura 2: Interligações do circuito de dupla frequência com transformador.

A segunda possibilidade é a a interligação em série do circuito da fonte principal ligada ao motor em teste, passar pelo enrolamento do gerador da fonte auxiliar. Os ajustes e controles são os mesmos da primeira metodologia. As interligações são apresentadas na figura 3.

Figura 3: Interligações do circuito de dupla frequência passando pelo gerador auxiliar.

A possibilidade de realização do ensaio nas condições nominais de tensão e corrente dependem da capacidade das duas fontes que compõem o laboratório de dupla frequência. As fontes geradoras com capacidade maiores (em torno de 10MW) atendem a maioria das máquinas. Mesmo assim, em caso de motores elétricos a serem ensaiados para a avaliação da temperatura, com potências acima da capacidade do laboratório, pode-se utilizar ainda duas metodologias gráficas para extrapolar os resultados.

O ensaio de elevação de temperatura deve ser priorizado nas condições nominais em dupla frequência, pois trata-se de apenas um ensaio, rápido, preciso e direto. Se houver limitações, pode-se aplicar este mesmo método de forma reduzida. Por exemplo, o motor a ser ensaiado é ajustado em tensão nominal e corrente reduzida, pela capacidade de corrente da fonte do laboratório e mais um ensaio em vazio compõem o resultado. Ou ainda, tensão e corrente do motor a ser ensaiado reduzidos, neste caso, o método requer três ensaios na composição do resultados da elevação de temperatura final.

O método gráfico de extrapolação com os dois ensaios a tensão nominal consistem em um ensaio a vazio e outro em carga com o mínimo de 70% da potência nominal da máquina a ser ensaiada. Com os resultados destes dois ensaios obtêm os dois pontos da reta para a extrapolação, considerando o eixo x pela relação quadrática da corrente e o eixo Y os resultados das elevações de temperatura dos dois ensaios, conforme a figura 4.

Figura 4: Extrapolação pelo método gráfico com dois ensaios a tensão nominal

Já o método gráfico de extrapolação com os três ensaios, sendo que dois são com tensão reduzida, consistem em um ensaio a vazio e outro em carga com a mesma tensão reduzida e corrente nominal. Também é possível considerar uma corrente reduzida com o mínimo de 70% da corrente nominal. E, um terceiro ensaio em vazio com tensão nominal se faz necessário para o ajuste da diferença da tensão reduzida no ensaio em carga com a tensão nominal do motor. A figura 5 apresenta a extrapolação, mostrando que a compensação da diferença da tensão é feita por uma reta paralela aos dois ensaios de tensão reduzida.

Assim, com o descritivo apresentado, mostra-se a viabilidade da realização do ensaio de dupla frequência para a avaliação das características térmicas de um motor elétrico de indução. A única limitação neste método é a avaliação de vibração e ruído durante o ensaio, pois o efeito da simulação de carga faz com que o motor a ser ensaiado aumente estes parâmetros. Um teste adicional é necessário no final da elevação de temperatura, com a máquina quente e termicamente estabilizada, acionar o motor com uma fonte senoidal para a avaliação da vibração e ruído.

Figura 5: Extrapolação pelo método gráfico com tensão reduzida e três temperaturas.

Método de ensaio para elevação de temperatura em máquinas síncronas

Existe uma grande dificuldade de se realizar ensaios em carga de máquinas síncronas de grande porte, em regime de produção. Isto abrange, tanto máquinas operando como gerador, quanto também motor. Então, para realizar este tipo de ensaio e verificar a real elevação de temperatura destas máquinas, necessita-se utilizar métodos equivalentes normalizados. Porém, para alcançar os valores nominais, faz-se necessário extrapolar os valores encontrados nesses métodos, e devido a inúmeras variáveis do projeto e processo de fabricação, os resultados podem apresentar algumas imprecisões.

De acordo com as normas, existem três métodos para este tipo de ensaio que são: aplicando diretamente a carga nominal, caso que não será discutido neste estudo devido à inviabilidade na execução, e os dois métodos equivalentes da somatória de curto mais vazio e sem excitação e o teste de fator de potência nulo. O trabalho define claramente a imprecisão de cada método e os ajustes que poderão ser realizados para diminuir estes erros. Os resultados devem garantir o atendimento dos critérios da classe térmica e também realimentar os dados de projeto, consequentemente, poderão otimizar os novos projetos.

A grande vantagem na realização do ensaio pelo método de temperatura da somatória de curto e vazio e sem excitação é que não existe limitação da potência para os testes. No ensaio em vazio, a máquina é acionada na tensão nominal, e gera basicamente o calor das perdas no ferro até a estabilização térmica. As perdas no ferro são compostas basicamente por dois fenômenos: a histerese do material do núcleo ferromagnético do estator, quando submetido a uma campo variável no tempo (tensão alternada gerada pelo gerador) e as correntes induzidas nas chapas do estator que produzem calor (efeito Joule), dando origem as perdas por correntes de Foucault.

Após, realiza-se o ensaio em curto-circuito onde se circula a corrente nominal, elevando sua temperatura devido às perdas Joules. Este efeito térmico, expressa a relação do calor gerado por uma corrente elétrica num determinado tempo. A elevação de temperatura do estator é a somatória das elevações de temperatura destes dois ensaios, menos a elevação de temperatura do ensaio sem excitação. Esta subtração é necessária por causa da duplicação das perdas por atrito e ventilação que estão contidas nos dois ensaios de curto e vazio. Porém, nestes dois casos não se alcança a corrente nominal de campo. Logo, neste caso, faz-se necessário as extrapolações da elevação de temperatura do rotor conforme normas IEC 60034-29 [11] ou IEEE 115 [12].

No caso do teste de fator de potência nulo, a corrente de campo pode ser imposta conforme a necessidade, conseguindo atingir os valores nominais e assim aumentando a precisão da temperatura do rotor. A grande dificuldade é conhecer a corrente de campo para as condições nominais. Não é simplesmente utilizar o valor projetado, porque estes valores variam por inúmeros fatores intrínsecos ao processo produtivo. Outro agravante é a capacidade da fonte que alimentará a máquina para o teste, que deve ter uma potência aproximadamente 50% maior que a da máquina em teste, podendo muitas vezes limitar as condições.

Para máquinas de grande porte, principalmente com alta polaridade, pode-se considerar que para reduzir os erros dos ensaios de temperatura rotórica (nos enrolamentos de campo) deve-se iniciar realizando os ensaios de saturação em vazio, curto-circuito e curva “V” para o cálculo da corrente de excitação pela reatância de Potier, consequentemente, utilizar o valor calculado para o ensaio de temperatura.

O ensaio de curva “V” é para determinar o ponto de corrente de excitação, para as condições nominais do gerador, em fator de potência nulo. Este ensaio é realizado com o gerador operando como motor, a corrente de excitação é variada, medindo a corrente do estator. Os pontos são registrados e plotados conforme figura 6. O ponto nominal, pode ser ensaiado se possível, senão o valor é extrapolado linearmente. Este ponto de excitação em fator de potência nulo é o referenciado como “A” na curva de determinação da reatância de Potier da figura 7. O ensaio para a determinação deste ponto, normalmente é o de saturação em fator de potência nulo, porém para máquinas de grande porte, é inviável. Por isso, substitui-se pela curva “V”.

Figura 6: Ensaio de curva “V” para determinação do ponto A da reatância de Potier.

As curvas características de saturação em vazio, curto-circuito e o ponto “A” que corresponde à tensão e corrente nominal do estator em fator de potência nulo são colocados na mesma figura 7. O ponto “A”, cuja ordenada é a tensão nominal da máquina (pu) e a abscissa a corrente de excitação medida, correspondente à corrente nominal da armadura a fator de potência nulo com sobre-excitação. Devido a limitações das fontes de testes dos laboratórios, o ponto nominal em fator de potência nulo é retirado pela extrapolação da curva “V”, a partir dos valores ensaiados.

Sobre a paralela ao eixo das abscissas (eixo x) pelo ponto “A”, toma-se, à esquerda deste, um comprimento igual à corrente de excitação i_fkque equivale à corrente de excitação correspondente à corrente nominal do estator no ensaio de saturação em curto-circuito, que está localizado no eixo das abscissas i_f, identificando o ponto “F”.

A curva de saturação em vazio, antes de entrar na região de saturação, apresenta uma parte linear, traça-se uma linha paralela à região linear da curva de saturação em vazio na distância do ponto “F”. Com a intersecção desta linha paralela com a curva de saturação encontra-se o ponto “H”.

O comprimento da linha perpendicular HG baixada do ponto “H” sobre a reta AF representa a queda de tensão na resistência XP sob a corrente nominal da armadura. Em valores por unidade XP = HG. A figura 7 foi retirada da norma ABNT NBR5052.

Figura 7 – Determinação da reatância de Potier, baseado na norma NBR5052.

Sobre o eixo das abscissas o vetor da corrente nominal (i_N) da armadura da máquina sob ensaio e, pela origem, formando com o eixo das abscissas um ângulo φn (considerando positivo no caso do gerador sobre-excitado) o vetor da tensão nominal U_Ncorrespondente ao fator de potência da carga para o valor da corrente de excitação desejada. Da extremidade livre do vetor da tensão, traça-se uma perpendicular ao vetor da corrente da armadura, a qual representa o vetor da queda de tensão (i_N.Xp) da reatância de Potier XP, conforme figura 8.

A soma vetorial da tensão nominal e da queda de tensão na reatância XP dá o vetor da força eletromotriz ep. A corrente de excitação i_fp, correspondente a esta força e é determinada sobre a característica em vazio e é traçada no gráfico a partir da origem, a 90° do vetor da força eletromotriz. A componente da corrente de excitação que compensa a reação da armadura sob a corrente nominal (i_fa) é determinada como a diferença entre a corrente de excitação, correspondente à corrente nominal da armadura na saturação em curto-circuito, e a corrente de excitação, correspondente à queda de tensão em XP devida à corrente nominal da armadura na característica em vazio.

O vetor i_fa é traçado a partir da extremidade do vetor i_fp paralelamente ao vetor da corrente da armadura. A corrente de excitação nominal i_fN é a soma vetorial de i_fp e i_fa, conforme demonstrado na figura 8, que foi retirada da norma ABNT NBR5052.

Figura 8 – Determinação da corrente de excitação nominal por meio do gráfico de Potier, baseada na norma NBR 5052

Com a determinação da corrente de excitação do rotor para a máquina síncrona operando a carga nominal, o ensaio de elevação de temperatura do rotor para ser extrapolado no caso do ensaio de curto mais vazio ou imposto para o fator de potência nulo.

Métodos de ensaio para elevação de temperatura em máquinas de corrente contínua

A metodologia mais comum para grandes máquinas de corrente contínua é o back-to-back, porém depende muito das limitações estruturais dos laboratórios. Em máquinas menores, é possível realizar o teste em carga. Para máquinas de corrente contínua, a metodologia equivalente do curto-circuito, vazio e sem excitação é aplicável, mesmo método aplicado nas máquinas síncronas.

Uma característica específica a ser verificada nas máquinas de corrente contínua em elevação de temperatura e em carga é o faiscamento. A condição de sem faiscamento ou mínimo confirma a perfeita funcionalidade da máquina. O ajuste das escovas na zona neutra faz com que a comutação seja feita sem tensão entre as lamelas, não causando pequenos curtos que são as fontes dos faiscamentos. Este ajuste na prática não é tão simples assim, pois existem influências dos campos distorcidos no entreferro.

O ajuste da zona neutra é possível a partir de quatro métodos: Ajuste grosso: energizar a armadura entre 50 a 80% da corrente nominal no máximo por 30 segundos, usando uma tensão cc baixa, como por exemplo, de bateria. Se a zona neutra estiver desajustada, o rotor tenderá a girar. Para o ajuste da posição neutra, girar o anel dos porta-escovas no sentido contrário ao giro do motor. A zona neutra estará ajustada quando o rotor ficar parado. O ajuste fino é feito pela aplicação de carga com tensão e corrente nominal, para ambos os lados de sentido de giro. A diferença da velocidade entre ambos os lados, não pode ser superior a 1%.

Ainda como ajuste fino existe outras duas possibilidades: operar o motor cc como gerador, tanto para o circuito aberto (gerando tensão) quanto para o gerador cc com a saída em curto-circuito (circulando corrente). Ajustando o parâmetro (tensão de saída ou curto-circuito), a diferença também não pode ser maior que 1% entre o parâmetro para ambos os sentidos de giro. Para os três métodos de ajuste fino, o ajuste da posição neutra, também é girando o anel dos porta-escovas no sentido contrário ao giro do motor.

No caso do ensaio de elevação de temperatura em vazio, mais curto e sem excitação, o campo também não será testado nas condições nominais. Um teste específico aplicando tensão nominal no campo com o sistema de ventilação ligado será suficiente para determinar a elevação de temperatura deste enrolamento. Normalmente, se faz apenas o ensaio em vazio com a máquina operando como motor, assim tanto o campo é ensaiado nas condições nominais quanto pode-se determinar a elevação de temperatura em vazio.

DISCUSSÃO E COMPARAÇÃO ENTRE OS MÉTODOS

Uma máquina elétrica em uso dentro das características especificadas mantém seus componentes aquecidos e livres de absorções de umidade. Por outro lado, parâmetros não respeitados comprometem o desempenho. Se este parâmetro resultar em aumento de temperaturas dos enrolamentos, a degradação dos isolantes é potencializada exponencialmente com o aumento da temperatura, podendo levar a queimas prematuras.

Um teste preciso de elevação de temperatura na fabricação de uma máquina elétrica nova ou reparada é necessário para garantir um perfeito funcionamento na aplicação. Garantindo assim, a vida útil estimada de uma máquina elétrica. São vários os fatores que levam a uma sobretemperatura, não somente uma sobrecarga. Por isso, o circuito de refrigeração requer toda atenção, pois pode reduzir a eficiência durante a operação por meio de contaminantes.

Este quesito é tão importante que a própria norma IEC, mais precisamente a IEC60034-29, foi desenvolvida para atender especificamente o tema de ensaios de elevação de temperatura para máquinas elétricas de grande porte, motores de indução, máquinas síncronas e motores de corrente contínua. A aplicação de carga direta para determinar a elevação de temperatura para estas máquinas é possível somente para baixas potências. Por isso, a IEC desenvolveu esta norma que descreve somente metodologias indiretas para a determinação da elevação de temperatura. A norma IEC 60034-29 apresenta uma tabela com os métodos, os equipamentos para o laboratório do respectivo método, preferência para o tipo de máquina e as imprecisões. As descrições a seguir, são baseadas nesta tabela.

O teste de dupla freqüência é chamado pela IEC, como “Mixed-frequency or Bi-frequency method” e a IEEE122, como: “Primary-superposed equivalent loading method”. A norma IEC considera uma imprecisão no método de +/-5%. Já a IEEE não menciona imprecisões. Assim, pode-se considerar que o método de dupla freqüência é o mais comum por causa de suas versatilidades e mundialmente normalizado.

As máquinas síncronas são tratadas em normas únicas, tanto para a operação como motor quanto para gerador. Para o caso de motor síncrono, a opção do ensaio dinamométrico pode ser considerada se possuir estrutura para isso. Porém, requer cuidado mecânico para o torque pulsante característico deste projeto de máquina. Isto significa acoplamentos, base e fixações reforçadas e diferenciadas. Portanto, este teste pode ser viável apenas em baixas potências, sendo mais comum utilizar as metodologias indiretas. Até mesmo as normas se concentram mais nestas metodologias.

O método de curto-circuito, vazio e sem excitação, é sem dúvida muito preciso para a determinação de elevação de temperatura do estator das máquinas síncronas. Esta metodologia compõe todas as perdas que geram as temperaturas nas condições nominais. Além deste método, o outro é o fator de potência nulo, que também é comum, mas depende da estrutura do laboratório. Uma fonte ideal para atender as características nominais da máquina a ser testada deve ter uma potência maior. Ou escolhe-se apenas um parâmetro para o teste, ou só o rotor (excitação como um todo) ou só o estator.

Já o rotor, tem-se duas dificuldades, a primeira é saber o valor da corrente de excitação real que a máquina precisará para atender as condições de carga nominais e o segundo é como atingir este valor de corrente e consequentemente a temperatura. O valor de corrente de excitação é difícil de ser projetada, pois os processos de fabricação do rotor podem conter variáveis desconsideradas no projeto, que resultam em diferenças do projetado, ao necessário para atender as condições de carga. A possibilidade neste caso é a reatância de Potier, que se consegue determinar indiretamente a corrente de excitação à plena carga.

Depois de determinada a corrente de excitação, a dificuldade é como impor este parâmetro. Aplicam-se três metodologias, acionar a máquina síncrona como motor (mesmo que funcione como gerador), em fator de potência nulo e ajustar a corrente de excitação de Potier. Porém, esta condição depende da capacidade do laboratório, que deve ser superior a máquina a ser ensaiada. Uma segunda opção seria utilizar a ligação delta e trabalhar na curva de saturação da máquina, sobreexcitando-a. Nesta condição, deve-se ficar atento com o aquecimento das barras que sustentam o pacote de chapas, pois poderão aquecer excessivamente. Este fato acontece por causa da saturação do núcleo estatórico e estas barras são induzidas pelo campo magnético gerado pelo rotor. Além disso, a isolação da tensão entre espiras também deve ser analisada. A tensão de saída é limitada pela ligação delta, mas a máquina é sobreexcitada e está tensão é maior entre espiras. Estes dois fatores podem limitar a imposição da corrente de excitação de Potier. Uma terceira possibilidade é a extrapolação linear das três temperaturas dos ensaios de elevação de temperatura em curto, vazio e sem excitação.

Já para as máquinas de corrente contínua, as técnicas do back-to-back e curto mais vazio e sem excitação são as comumente utilizadas. O back-to-back depende da estrutura, do acoplamento e de outra máquina com características similares ou superior para o ensaio. Se isto for atendido, é o mais recomendado. A outra possibilidade do curto mais vazio e sem excitação, não possui limitação, pode atender qualquer potência, desde que tenha um motor acionante que consiga suprir as perdas, gerada pelas condições de ensaios, mais atrito e ventilação da máquina a ser ensaiada. O campo pode não ser atendido com este ensaio, porém como estas máquinas são normalmente projetadas com ventilação forçada, por causa da possibilidade de trabalhar em diversas velocidades, o campo pode ter um ensaio independente.

Além de elevação de temperatura, a característica da faiscamento deve ser monitorada e avaliada. A condição de faiscamento em carga ou corrente plena deve ser ensaiada, tanto a frio quanto a quente. O faiscamento pode ser ocasionado por problemas de projeto em caso de máquinas novas, erros de ligação, comutação fraca ou forte ou assentamento das escovas. Assim, tem-se uma garantia de funcionamento na aplicação.

CONCLUSÃO

A elevação de temperatura é o ensaio para avaliar as características térmicas da máquina elétrica girante. Isto pode ser considerado tanto para as máquinas novas, quanto para reparos. O ensaio visa avaliar se as temperaturas atendem a classe térmica dos materiais utilizados na fabricação da máquina. Porém, além disso, podem-se detectar erros na fabricação como número de espiras, montagens dos ventiladores, trocadores de calor e possíveis componentes que reduzem a eficiência do circuito de troca térmica. A vibração da máquina, também é uma característica que é influenciada pela temperatura e é avaliada neste ensaio. Os componentes que compõem o rotor podem se acomodar por causa da dilatação térmica e influenciar nos valores de vibração com a máquina a quente. A revisão se concentrou nos motores de indução, máquinas síncronas e de corrente contínua. Para os motores de indução, dentre as várias possibilidades já estudadas, o ensaio de dupla frequência se mostra o mais viável, pois não requer acoplar o equipamento e as estruturas são menos complexas, mesmo sendo necessárias duas fontes para o ensaio.

Nas máquinas síncronas, a aplicação de carga direta é possível apenas em geradores pequenos. As duas possibilidades são os ensaios do somatório de curto mais vazio e sem excitação e o ensaio de fator de potência nulo. O ensaio de curto mais vazio e sem excitação é o mais viável, pois não existem limitações de potência. A dificuldade está na correção da temperatura do rotor, pois requerem correções e extrapolações, mas que estão normalizadas. Já o fator de potência nulo, mesmo sendo um ensaio que a máquina síncrona é ensaiada como motor, é o teste que se pode impor as condições nominais, mesmo sendo um gerador. Depende apenas da potência da fonte disponível para os ensaios.

Já nas máquinas de corrente contínua, o ensaio em carga é fundamental para avaliar a principal característica que é o faiscamento. A elevação de temperatura também pode ser determinada pela metodologia de curto mais vazio e sem excitação, o mesmo das máquinas síncronas.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[ 1 ] BAUER, C.; Ensaios de elevação de temperatura pelo método “Forward Short Circuit” em motores de indução. Dissertação de Mestrado da Universidade Federal de Santa Catarina, 2008.

[ 2 ] ÇOLAK, I.; BAL, G.; ELMAS, Ç.;Review of the testing methods for full-load temperature rise testing of induction machines.EPEJournal, Vol. 6, NO. 1, 1996.

[ 3 ] CISZ, G.; RÜNCOS, F.; NEVES, C. G. C.; Comparative analyses of standards temperatura rise test methods for induction machines.55th Petroleum and Chemical Industry Committee – PCIC 2008.

[ 4 ] HO, S. L.; FU, W. N.; Analysis of indirect temperature-rise tests of induction machines using stepping finite element method. IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 16, No. 1, 2001.

[ 5 ] DEACONU, S. I.; TUTELEA, L. N.; POPA, G. N.; LATINOVIC, T.; Artificial loading for rotating electric machines. Annals of Faculty Engineering Hunedoara, International Journal of Engineering, Romania, 2011.

[ 6 ] PYRHÖNEN, J.; JOKINEN, T.; HRABOVCOVÁ, V.; Design of rotating electrical machines. John Wiley & Sins, Ltd. ISBN: 978-0-470-69516-6, 2008.

[ 7 ] STONE, G. C.; BOULTER, E. A.; CULBERT, I.; DHIRANI, H.; Electrical insulation for rotating machines. Design, Evaluation, Aging, Testing, and repair. IEEE Press Series on Power Engineering, 2004.

[ 8 ] YANG, Y.; BILGIN, B.; KASPRZAK, M.; NALAKATH, S.; SADEK, H.; PREINDL, M.; COTTON, J.; SCHOFIELD, N.; EMADI, A.; Thermal management of electric machines. IET Journals, ISSN 2042-9738, 2016.

[ 9 ] FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY JR, C.; KUSKO, A.; Máquinas Elétricas.Editora McGraw-Hill do Brasil, Ltda, 1975.

[ 10 ] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION. Rotating Electrical

Machines – Part 1: Rating and Performance, IEC 60034-1.Geneva, 2004.

[ 11 ] INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMISSION. Rotating Electrical

Machines – Part 1: Rating and Performance, IEC 60034-29.Geneva, 2008.

[ 12 ] INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELETRONICS ENGINEERS. Guide for test procedures for synchronous machines. IEEE Std 115 – 2009

Assuntos