Estudo do impacto da distorção harmónica espacial da força magnetomotriz no desempenho e vibração mecânica dos motores de indução trifásicos

Abstract

No decorrer dos trabalhos desta tese foi feito um estudo sobre os impactos da redução do passo dos enrolamentos estatóricos na distorção harmónica da onda da Força Magnetomotriz e na redução das vibrações mecânicas de um motor de indução trifásico gaiola-de-esquilo. Primeiramente é feita uma introdução aos conceitos teóricos da Força Magnetomotriz, à criação do campo girante e é demonstrado como é que o encurtamento do passo reduz a distorção harmónica. Segue-se uma introdução aos vários tipos de vibrações presentes num motor de indução trifásico que são posteriormente compilados numa tabela com um resumo das frequências em que aparecem e suas causas para cada fonte de vibração.É também feita uma breve introdução aos enrolamentos estatóricos e ao fator de enrolamento. Segue-se uma apresentação dos três enrolamentos que irão ser testados, com encurtamento do passo até duas ranhuras, e é feita uma simulação através do software Bobisoft. Os dados recolhidos do motor vão ser a vibração mecânica radial na carcaça, através de um acelerómetro, e o fluxo no entreferro, através de bobines de teste incorporadas no motor. Fazendo uso da transformada de Fourier (FFT) aplicado às ondas recolhidas pelos sensores, é possível fazer uma análise individual a cada frequência de vibração e aos harmónicos presentes no fluxo. Foram realizados vários ensaios em vazio, em carga e com desequilíbrio de tensão para cada enrolamento e analisados os resultados. Complementarmente, foram realizados ensaios fazendo uso de sensores PT100 para ver se o encurtamento do passo afecta a temperatura dos enrolamentos.

During the course of this thesis a study was made on the impacts of the reduction of stator windings pitch on the harmonic distortion of the Magnetomotive Force wave and on the reduction of mechanical vibrations in a squirrel-cage three-phase induction motor. Firstly it's made an introduction to the theory of Magnetomotive force, to the rotating magnetic field and it is shown how shortening the pitch of the stator windings reduces the harmonic distortion. Next it's made in introduction on the various types of vibration present in a three-phase induction motor which are posteriorly compiled in a table to summarize the frequencies that they appear and the sources of each vibration.It is also done a brief introduction to stator windings and to the concept of winding factor followed by the presentation of the three windings that are going to be tested with a pitch shortened by up to two slots and finally a simulation is done through the Bobisoft software. The collected data from the motor are the radial mechanical vibration from the hull, using an accelerometer, and the flux in the air-gap using flux-collector windings inserted on the motor. The Fast-Fourier Transform is then applied to the collected time waves which makes possible an individual analysis of each frequency of vibration and each harmonic present in the air-gap flux. For this porpuse, various no-load and on-load tests were made for each modified winding and were also made tests with an unbalaced voltage supply. Additionaly, some tests were made making use of the PT100 sensors to see the effects of the pitch shortening on the winding temperature.