Determinação de perdas e rendimento de um motor de indução trifásico alimentado por conversor

Abstract

Diversas normas, nacionais e internacionais, abordam procedimentos para a determinação de perdas e do rendimento de motores de indução trifásicos (MITs). O uso de máquinas de corrente alternada acionadas por conversores de estado sólido para aplicações que envolvem controle de velocidade tem crescido graças à robustez e preço competitivo dos motores CA em relação aos CC. Entretanto, o uso de inversores de frequência para o acionamento de motores adiciona perdas por componentes harmônicos que não são contabilizadas pela maioria das normas, que consideram alimentação senoidal. A norma IEC60034-2-3 é a única norma internacional que aborda procedimentos para a determinação de perdas de motores de indução acionados por inversores. Portanto, o objetivo deste trabalho é determinar experimentalmente as perdas e o rendimento de um MIT nas frequências de 60, 45 e 30 Hz, em regime senoidal e em regime pulsado por inversor de frequência, segundo as normas IEC60034-2-1 e IEC60034-2-3 e realizar comparações. É apresentado um resumo dos fundamentos de funcionamento de motores de indução trifásicos, a descrição dos procedimentos de ensaio para determinação do rendimento do MIT segundo as normas supracitadas. Além disso, a metodologia e os equipamentos utilizados para ensaiar um MIT de 5 cv com uma fonte senoidal e com um inversor de frequência em uma bancada de ensaios na UFSC também estão descritos nesse trabalho. São mostradas tabelas com dados medidos, curvas de perdas e rendimento e comparações. Os resultados demonstram o aumento das perdas do motor alimentado por conversor em relação à alimentação senoidal em todas as frequências testadas e a proporção das reduções de rendimento em cada ponto de carga. A semelhança de resultados entre os métodos 2-3-A e 2-3-B da IEC60034-2-3 foi observada. Outro resultado observado foi que a redução da frequência de alimentação, mantendo o torque do motor, reduz as perdas totais, já que a potência no eixo também é reduzida, mas também reduz a eficiência da máquina, de forma que o motor autoventilado tende a aquecer pela diminuição da capacidade de troca térmica devido à velocidade reduzida no seu eixo.

Several national and international standards cover procedures for determining the losses and efficiency of three-phase induction motors (TIMs). The use of alternating current machines driven by solid state converters for applications involving speed control has grown thanks to the reliability and competitive price of AC motors compared to DC motors. However, the use of frequency inverters to drive motors adds losses due to harmonic components that are not accounted for by most standards, which consider sinusoidal power. The IEC60034-2-3 standard is the only international standard that covers procedures for determining losses in converter-fed induction motors. The aim of this work is therefore to experimentally determine the losses and efficiency of a TIM at frequencies of 60, 45 and 30 Hz, in sinusoidal mode and in pulsed mode using a frequency inverter, according to the IEC60034-2-1 and IEC60034-2-3 standards, and to make comparisons. A summary of the basics of how three-phase induction motors work is presented, as well as a description of the test procedures for determining the efficiency of the TIM according to the aforementioned standards. In addition, the methodology and equipment used to test a 5 hp TIM with a sinusoidal source and a frequency inverter on a test bench at UFSC are also described in this work. Tables with measured data, loss and efficiency curves and comparisons are shown. The results show the increase in losses of the converter-fed motor compared to the sinusoidal supply at all the frequencies tested and the proportion of the reductions in efficiency at each load point. The similarity of results between methods 2-3-A and 2-3-B of IEC60034-2-3 was observed. Another result observed was that reducing the supply frequency while maintaining the motor's torque reduces total losses, since the power on the shaft is also reduced, but also reduces the machine's efficiency, so that the self-ventilated motor tends to heat up due to the reduced heat exchange capacity due to the reduced speed on its shaft.