Dissipação de calor do motor

Calcule a dissipação de calor do motor, o aumento da temperatura e a temperatura operacional a partir da potência e eficiência de entrada.

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Fórmula

P_loss = P_in × (1−η), ΔT = P_loss × Rθ

Rθ — Winding-to-ambient thermal resistance (°C/W)

ΔT — Temperature rise above ambient (°C)

Como Funciona

A dissipação de calor do motor é a energia térmica que deve ser removida para evitar a quebra do isolamento do enrolamento. As perdas totais são iguais à potência de entrada menos a potência de saída mecânica: P_loss = P_in − P_out = P_in × (1 − τ). O componente de perda dominante é a perda de cobre (P_Cu = I² × R_winding), que aumenta com o quadrado da corrente e, portanto, com o quadrado do torque da carga. A resistência térmica do motor (R_θ, em °C/W) determina o aumento da temperatura em estado estacionário: ΔT = P_loss × R_θ. A classe de isolamento limita a temperatura máxima do enrolamento (Classe B: 130 °C, Classe F: 155 °C, Classe H: 180 °C).

Exemplo Resolvido

Um motor DC escovado de 24 V e 100 W opera com 80% de eficiência sob carga contínua. A resistência térmica (enrolamento em relação ao ambiente) é de 1,8 °C/W. A temperatura ambiente é de 35 °C. Isolamento classe F.

Etapa 1 — Potência de entrada:

P_in = P_out/τ = 100/ 0,80 = 125 W

Etapa 2 — Calor dissipado:

P_loss = P_in − P_out = 125 − 100 = 25 W

Etapa 3 — Aumento da temperatura do enrolamento em estado estacionário:

ΔT = P_loss × R_θ = 25 × 1,8 = 45 °C

Etapa 4 — Temperatura absoluta do enrolamento:

T_enrolamento = T_ambiente + ΔT = 35 + 45 = 80 °C

Etapa 5 — Margem até o limite da Classe F:

Margem = 155 − 80 = 75 °C — adequada para operação contínua

Resultado: Com 80% de eficiência e 35 °C em temperatura ambiente, o motor funciona a 80 °C no enrolamento — bem dentro dos limites da Classe F. Se a eficiência cair para 70%, P_loss = 42,9 W e T_winding = 35 + 77 = 112 °C — ainda dentro dos limites, mas com margem de apenas 43 °C.

Dicas Práticas

✓Use uma câmera térmica ou um termistor embutido para medir a temperatura em estado estacionário na configuração real de montagem — os valores R_θ da folha de dados pressupõem convecção de ar livre
✓Para aplicações de servo e posicionamento com partidas e paradas frequentes, modele a constante de tempo térmico (τ = R_θ × C_thermal) para garantir que o motor esfrie entre as explosões
✓Reduza a corrente contínua máxima em 3— 5% por grau Celsius de temperatura ambiente acima de 25 °C ao operar em ambientes de alta temperatura

Erros Comuns

✗Supondo que a temperatura do corpo do motor seja igual à temperatura do enrolamento, o ponto quente do enrolamento pode ser 30—60 °C mais alto do que a temperatura medida da caixa
✗Operando um motor parado (velocidade zero) por mais de alguns segundos — sem rotação do eixo, o fluxo de ar de resfriamento é interrompido e a resistência térmica aumenta drasticamente, causando um rápido acúmulo de calor
✗Ignorando o ciclo de trabalho — um motor pode tolerar 150% da corrente nominal por 10 s de forma intermitente, mesmo que superaqueça continuamente nesse nível

Perguntas Frequentes

Como faço para encontrar a resistência térmica de um motor?

Algumas folhas de dados do motor listam R_θ (enrolamento para ambiente ou enrolamento para caixa). Se não estiver disponível, meça experimentalmente: opere o motor em uma dissipação de energia conhecida até o equilíbrio térmico, depois meça a temperatura do enrolamento (por meio de mudança de resistência ou termistor embutido) e divida ΔT por P_loss.

Qual classe de isolamento devo escolher?

Selecione uma classe de isolamento com uma margem de pelo menos 20—30 °C acima da temperatura de enrolamento calculada na pior das hipóteses. A classe F (155 °C) é padrão para motores industriais. A classe H (180 °C) é usada em aplicações de alta temperatura ou de alto ciclo de trabalho. O isolamento de alta classe normalmente custa mais e pode afetar o tamanho do motor.

A frequência de comutação PWM afeta o aquecimento do motor?

Sim — a alta frequência de PWM reduz a ondulação de corrente e as perdas de cobre I²R. No entanto, as perdas por corrente parasita e histerese nas laminações do estator aumentam com a frequência. Para motores DC escovados, frequências acima de 20 kHz geralmente são ideais. Para motores BLDC, a frequência de comutação ideal depende do material de laminação e da espessura específicos.

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