Perdas por correntes induzidas em chapas ferromagnéticas

Abstract

Nos dispositivos sobre os quais se debruça a engenharia electrótécnica, e, em particular, nas máquinas eléctricas, existem diversos tipos de perdas, resultando, em última análise, na conversão de energia electromagnética em calor. Nos materiais ferromagnéticos, fundamentais na grande maioria das máquinas eléctricas, o cálculo de perdas por correntes induzidas é particularmente importante para dispositivos funcionando com frequências superiores aos 50Hz ou com alimentações não sinusoidais, resultantes da utilização de electrónica de potência. Nestes casos, o efeito pelicular nas chapas ferromagnéticas pode ser muito significativo, colocando problemas adicionais. A temática é pois de enorme importância para o desenvolvimento de dispositivos electromagnéticos de elevada eficiência. No início, são expostos os conceitos e a formulação para o problema do cálculo das perdas, em particular por correntes induzidas. São comparadas diferentes formulações a 1D, com ou sem efeito pelicular. É apresentada a formulação para a modelação por elementos finitos, sendo estudado detalhadamente o problema de chapas estreitas (problema 2D) com efeito pelicular, tendo-se obtido um gráfico e um modelo matemático genéricos para qualquer chapa ferromagnética em funcionamento na zona linear. A tentativa de expansão deste gráfico para a zona não linear levou ao teste e utilização de curvas B-H eficazes equivalentes, à utilização do método do balanço harmónico e ao início do estudo para inclusão do efeito das chapas estreitas na formulação por elementos finitos. Para poder realizar estes trabalhos, foi necessário proceder a grandes alterações ao software CADdyMAG, para funcionar com mais nodos e elementos finitos e também em modo automático ("batch"), bem como alterar diversos processadores e ainda convertê-lo de DOS para ambiente Windows. É também exposta a formulação térmica por elementos finitos para os fenómenos térmicos resultantes das perdas, a migração do processador térmico de elementos finitos do ambiente VAX/VMS para PC/Windows, tendo sido também desenvolvido um método de homogeneização térmica através do cálculo de condutividades térmicas equivalentes.