Projecto e ensaio de um motor de indução em disco com armadura supercondutora

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

É proposto nesta dissertação um motor de indução em disco de duplo estator com enrolamentos compostos de materiais supercondutores de alta temperatura (SAT). O cobre, tipicamente utilizado nos enrolamentos das máquinas clássicas, limita a densidade de corrente permitida no primário. Também o ferro, que se utiliza nos circuitos magnéticos, limita a densidade de fluxo magnético obtida no entreferro devido à saturação. Estuda-se nesta dissertação a aplicação de SATs para efeitos de criação de campo viajante nos motores em disco e ainda o efeito da saturação magnética do ferro para motores SAT de reduzida potência (menos de 1000 cv) comparando duas topologias diferentes do estator. Esta dissertação tem também como objectivo aprofundar conhecimentos na área dos motores eléctricos. Criaram-se doze bobinas de fita SAT de primeira geração, Bi-2223 (Bi2Sr2Ca2Cu3O10), para criação do campo viajante, montadas em torno de um núcleo de nylon em forma de “pista de corrida” (“racetrack”). Opta-se por uma topologia simples dispondo radialmente, em cada semi-estator, seis bobinas no mesmo plano separadas entre si de ângulos de 60°. Esta topologia foi estudada teoricamente com base numa aproximação ao motor linear de indução e simulada através de um programa comercial de elementos finitos, com base na mesma aproximação. De modo a estudar o efeito da saturação magnética criam-se dois tipos de estator. No primeiro as bobinas são montadas em placas de aço. No segundo montam-se as mesmas bobinas numa estrutura em nylon. O rotor é uma placa em forma de disco composta de Alumínio montado num eixo de aço inoxidável. A refrigeração é feita submergindo o motor em azoto líquido. Foram obtidos resultados teóricos, simulados e experimentais coerentes, demonstrando elevada distorção harmónica espacial para a topologia escolhida. Conclui-se que para este tipo de motores de baixa potência não compensa retirar os materiais ferromagnéticos do estator pois, para a força magnetomotriz (f.m.m.) gerada, não se observa a saturação do ferro e a dispersão do fluxo, que, no caso do estator sem ferro era demasiada, reduzindo muito o binário desenvolvido.