A dificuldade de fabricação das bobinas toroidais é superior as demais topologias devido ao fato da mesma estar localizada no entreferro e ser produzida manu-
105 almente. A montagem deverá ser feita com o empilhamento dos condutores da forma mais compacta possível, pois um aumento e diminuição irão implicar na necessidade de remodelagem das peças de rotor externo. Inicialmente considerou- se, com fator de segurança, um comprimento de cabeça de bobina de 8 mm para uma bobina com 40 espiras. O espaçamento entre os dentes da coroa foi feito com o intuito de se posicionar 4 camadas de 10 condutores no mesmo.
O enrolamento deve seguir a defasagem em graus elétricos e graus mecâ- nicos, dessa forma, a ordem de bobinamento deve ser obedecida de acordo com a Figura 4.34. Serão montados grupos de quatro bobinas em série por fase, as quais serão conectadas em paralelo. Considerando o sentido de fluxo magnético, o enrolamento deverá seguir o sentido de enrolamento horário - anti-horário - horário - anti-horário para todas as bobinas.
Figura 4.34: Desenho das bobinas toroidais orientadas na circunferência do esta- tor
Para o desenvolvimento desse protótipo, a construção de um sistema para realizar esse bobinamento seria muito oneroso, inviabilizado pelo orçamento inicial do projeto. Dessa forma, o trabalho foi realizado de forma manual, o que diminui a confiabilidade e aumenta as incertezas.
Para manter o mesmo nível de confiabilidade optou-se por bobinar pre- viamente os dois estatores para que fossem realizadas as medições e confirmação da compatibilidade de projeto, para autorizar a fabricação os discos de rotor.
Um estudo de avaliação de impactos foi realizado, ao qual é demonstrado que a variação no empilhamento das espiras pode causar uma melhoria de potên- cia e eficiência como pode ser observado na Tabela 4.6. O melhor desempenho é
deve ser o objetivo a ser perseguido.
Tabela 4.6: Tabela comparativa de potência e eficiência limitadas pela montagem do gerador
Variações do Entreferro Efetivo
[mm]
Potência Gerada [kW] Eficiência [%]
Altura de Bobina: 10 10,48 89,6
Altura de Bobina: 9 10,61 90,8
Altura de Bobina: 8 10,71 91,6
Altura de Bobina: 7 10,81 92,5
Altura de Bobina: 6 10,88 93,1
As dificuldades envolvidas nesse trabalho são bem superiores a qualquer outra parte da montagem e ao mesmo tempo a mais importante. Todas as bobinas devem ser enroladas com aproximadamente 10 metros de cobre, o qual se faz necessário um espaço grande para esticar o fio e aplicar o método da “costura”, o qual consiste em enfiar fio a fio no espaço entre dentes da coroa e esticar até que o fio fique bem tensionado.
O desenho esquemático das bobinas de uma fase é apresentado na Fi- gura 4.35.
Figura 4.35: Desenhos esquemáticos da bobina de uma fase
Ao mesmo tempo em que serão montadas as bobinas, deverão ser po- sicionados sensores de temperatura do tipo PT100 que servirão para avaliar as
107 elevações de temperatura no interior da máquina e confirmar as considerações de projeto térmico.
O posicionamento dos sensores de temperatura é apresentado na Fi- gura 4.36, sendo que serão alocados um total de 12 sensores sendo seis PT100 na cabeça das bobinas na parte superior distribuindo uniformemente por fase, sendo 3 em baixo da bobina e 3 em cima da bobina. Três PT100 na face lateral do estator, alocados no espaço entre duas bobinas, e três PT100 nos furos de alívio da coroa de estator simetricamente distribuídos.
Figura 4.36: Desenho esquemático do posicionamento dos sensores de tempera- tura na peça de estator
O posicionamento dos sensores foi geometricamente estudado, o que ga- rante informações suficientes para se levantar a gradiente de temperatura em todo o volume do gerador.
O processo inicial do bobinamento demandou um elevado grau de apren- dizado e grande tempo de desenvolvimento de uma metodologia de enrolamento. Após o bobinamento e a peça de estator estar completamente pronta, inicia-se o processo de impregnação a vácuo.
Durante o processo de impregnação a vácuo é posicionado uma prensa sobre os condutores o qual auxilia no processo de compactação, permitindo uma redução no valor efetivo de cabeça de bobina. As medições foram realizadas
apresentando valores na faixa de 8 a 9 milímetros de cabeça de bobinas como demonstrado na Figura 4.37.
Figura 4.37: Gráfico de medição da altura das cabeças de bobina para primeiro estator
Na situação apresentada na Figura 4.37 é possível perceber que não ocorre a repetibilidade no processo, proporcionando uma variação muito grande entre as alturas de bobinas de cerca de 25,47%. Essa situação não garante confiabilidade e comprova as dificuldades de fabricação do enrolamento toroidal. O resultado é apresentado na Figura 4.38 e Figura 4.39.
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Figura 4.39: Medições no estator após primeiro processo de bobinamento
Para o segundo estator os resultados foram muito melhores, apresen- tando valores de medição satisfatórios e um nível mais estável de repetibilidade, com dispersão dos valores em 15,1%. Tal fato pode ser exemplificado pelo fato da equipe de bobinamento ter adquirido experiência do processo, o que inevi- tavelmente forçou o rebobinamento do primeiro estator para que mantivesse a qualidade em ambas as peças. A medição das cabeças de bobinas das duas peças de estator é apresentada na Figura 4.40.
Figura 4.40: Gráfico de medição da altura das cabeças de bobina para segundo estator
Ao final o resultado de medição comprovou que o tamanho das cabeças de bobinas apresentavam repetibilidade superior ao primeiro estator e consequente- mente uma confiabilidade muito maior. O trabalho finalizado pode ser observado na Figura 4.41.
Figura 4.41: Estatores bobinados e prontos para montagem
Devido ao fato de todas as bobinas terem sido montadas individualmente e todas no mesmo sentido de enrolamento, a sua ligação e solda foi alterada de acordo com o diagrama planificado apresentado na Figura 4.42. É importante salientar que o diagrama planificado apresenta apenas um descritivo de montagem para o chão de fábrica. No caso real, a ligação obrigatoriamente obedece a ordem [ A -B C -A B -C] para 360° elétricos, onde comparativamente ao desenho são invertidas as ligações da fase B no momento da conexão ao inversor.
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Figura 4.42: Diagrama simplificado das bobinas de estator
Comprovada a qualidade dimensional da peça e buscando validar a qua- lidade do bobinamento e do isolamento dos condutores, foram realizados dois testes em cada série de bobinas. Em um primeiro instante foi testada a fuga de corrente para a massa através de um megôhmetro. Em todos os casos foi com- provada a qualidade do isolamento, apresentando altos valores de resistência de aterramento na ordem superior a 2000 M❲. Para o nível de tensão do gerador Torus na ordem de 200V, o recomendado por norma (ABNT NBR 5383-1:2002) [ABNT, 2002] é 1,2 M❲. Da mesma forma foi avaliado o valor de resistência para cada grupo de bobinas e os resultados foram apresentados na Tabela 4.7.
Tabela 4.7: Valores de resistência dos enrolamentos e de isolamento do estator
Grupo de bobinas Resistência de Enrolamento [m̀] Resistência de Isolamento [M̀] 1 466 >2000 2 466 >2000 3 465 >2000 4 466 2000 5 462 >2000 6 464 2000 7 463 >2000 8 466 >2000 9 465 >2000 10 469 >2000 11 465 >2000 12 466 >2000 Média: 465,5
O valor médio de resistência de enrolamento apresentado valida o calculo utilizado no dimensionamento apresentado no capítulo 2, sendo os mesmos vari-
montagem do estator foi possível identificar méritos e fracassos. Contudo a ex- periência adquirida e demonstrada através desse trabalho tem por objetivo guiar futuros processos que envolvam um método semelhante de montagem.
Uma abordagem desconhecida no início do processo, se deve ao cozimento da fita de aço silício. A dopagem do silício possui temperatura de fusão abaixo ao do aço, o que faz com que a certa temperatura esse material se funda sem afetar a estrutura do aço, garantindo uma peça laminada e com propriedades estruturais que não permitem o descolamento das fitas [Cunha and Efthimiadis, 2007]. Ao mesmo tempo garante redução de perdas no material e uma melhoria da máquina. Tal fato se mostra vital quando foram avaliados a continuidade do projeto, e a inserção de tecnologias metalúrgicas nas devidas escolhas e tratamentos de matérias.