Disciplina: Instalações Elétricas II Unidades III e IV
Professor: Marcelino Vieira Lopes, Me.Eng.
“Não há nada que seja maior evidência de insanidade do que fazer a mesma coisa dia após dia e esperar resultados diferentes...”
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I
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Unidade 3: Motores Elétricos
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1. Introdução e Conceitos
2. Tipos de Motores
3. Funcionamento de motores
4. Regras Práticas para escolha de um motor
Exercício
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Qual a diferença de um gerador para um motor elétrico?
Qual a diferença de corrente alternada para contínua?
Que é fator de potência?
Defina Potência Ativa, Reativa e Aparente?
Introdução
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Motores Elétricos
Motor elétrico e a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica.
O motor de indução e o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza, simplicidade de comando - com sua construção simples e grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.
Introdução
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Motores Elétricos
a) Motores de corrente continua
São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso, seu uso e restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação e da manutenção.
Introdução
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Motores Elétricos
b) Motores de corrente alternada
Sao os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica e feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são:
Motor síncrono: funciona com velocidade fixa, ou seja, sem interferência do escorregamento; utilizado normalmente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores).
Motor de indução: funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, e o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Atualmente e possível o controle da velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de frequência.
Introdução
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ROTACAO DO MOTOR TRIFASICO
Invertendo a rotação
Em qualquer motor trifasico, a inversao do sentido de rotacao e feita trocando-se na “alimentacao” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada).
Determinando a rotacão (rpm)
A rotacao de um motor eletrico trifasico (rotor tipo gaiola) e determinada pelo numero de polos do motor e pela frequencia da rede eletrica. A tensao eletrica nao influencia na rotacao (a menos que se aplique tensao muito inferior a nominal, o que refletira na potencia e no torque do motor, neste caso podendo ate queima-lo). Atencao: A quantidade de polos de um motor e por fase.
Introdução
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ROTACAO DO MOTOR TRIFASICO
Velocidade síncrona (ns)
E a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através dela pode-se saber o valor da rotação do motor.
A equação que determina a rpm (rotações por minuto) e:
• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 6 polos:
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3.3 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO
3.3.1 Invertendo a rotação
Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na
“alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada),
diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação
do motor (5 por 6).
3.3.2 Determinando a rotação (rpm)
A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número
de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia
na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá
na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).
Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.
3.3.3 Velocidade síncrona (ns)
É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através
dela pode-se saber o valor da rotação do motor.
A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:
ns = 2 · 60 · f
p
Onde: ns = velocidade síncrona em rpm
f = freqüência da rede em Hz
p = número de pólos.
Exemplo: Em um motor de 2 pólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.
3.3.4 Velocidade assíncrona (n)
Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação
medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado-
se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa
fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do
motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da
velocidade assíncrona.
3.3.5 Escorregamento (s)
É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a
rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.
Introdução
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ROTACAO DO MOTOR TRIFASICO
Velocidade assincrona (n) Um pouco inferior a velocidade síncrona, a velocidade assíncrona e a rotação medida no eixo do motor. Em síntese, e a verdadeira rotação do motor, descontado- se as perdas; dai o nome de motor assíncrono (em portugues assincrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnetico e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, e o valor da velocidade assincrona.
Escorregamento (s) E a diferenca entre a velocidade do campo magnetico (velocidade sincrona) e a rotacao do motor, sendo tambem chamado de deslizamento.
O escorregamento de um motor normalmente varia em funcao da carga: quando a carga for zero (motor em vazio) o escorregamento sera praticamente nulo; quando for a nominal, o escorregamento tambem sera o nominal.
• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 4 polos e a plena carga possui um escorregamento de 4%.
Unidade 3: Motores Elétricos: Tipos
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Motores
C.C.
Universal
C.A.
Monofásico
Linear
Trifásico
Síncrono
Assíncrono
Gaiola
Rotor Bobinado
Síncrono
Assíncrono
Gaiola de esquilo
Rotor Bobinado
Unidade 3: Motores Elétricos
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Unidade 3: Motores Elétricos
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Um motor simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. (a) Os polos magnéticos da bobina (representados como ímã) são atraídos pelos polos opostos dos ímãs fixos. (b) A bobina gira para levar esses polos magnéticos o mais perto possível um do outro mas, (c) ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e (d) agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor. Crédito
http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp
Unidade 3: Motores Elétricos
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Esquema de um motor de Corrente Contínua
http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp
Unidade 3: Motores Elétricos
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http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp
Esquema de um motor UNIVERSAL
Unidade 3: Motores Elétricos
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Esquema de um motor de Passo
http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp
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Esquema de um motor CA Síncrono O motor síncrono AC usa eletroímãs como estatores para fazer girar o rotor que é um ímã permanente. O rotor gira com freqüência igual ou múltipla daquela da AC aplicada.
http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp
Unidade 3: Motores Elétricos
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Esquema de um motor CA Assíncrono de Indução
Lei de Lenz: A corrente induzida é tal que tende a ir contra as causas que lhe deram origem.
Unidade 3: Motores Elétricos
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Esquema de um motor CA Assíncrono de Rotor bobinado
Usado para motores que precisam partir com carga 16
Figura 8 – Motores de três velocidades
2.2 MOTOR DE ANÉIS
O motor de anéis tem um rotor que não está fechado em curto-circuito. Nele o rotor é
bobinado e os terminais estão acessíveis externamente através de anéis coletores e
escovas (carvão).
Através das escovas (carvão), é inserida resistência ao circuito do rotor no instante
da partida, que é diminuída aos poucos, conforme o motor vai atingindo velocidade,
até que chegue a zero (curto). Neste momento, o comportamento é exatamente igual
a um motor tipo gaiola.
Figura 9 – Esquematização da ligação de um motor de rotor bobinado
1ª velocidade 3ª velocidade
1 2 3 4 5 6
motor com três enrolamentos comuns
7 8 9
2ª velocidade
motor com enrolamento Dahlander e comum
7
4
3 2
5
6
1
1ª velocidade / 2ª velocidade 3ª velocidade
8 9 10
rederede
M
3~
reostato
estator
rotor
coletorescovas
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Conjugado, Energia e Potência
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CONJUGADO (TORQUE de um motor) O conjugado (tambem chamado torque ou momento) e a medida do esforco necessario para girar um eixo.
Pela experiencia pratica observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em pocos a forca F que e preciso aplicar a manivela depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a manivela, menor sera a forca necessaria. Se dobrarmos o tamanho E da manivela, a forca F necessaria sera diminuida a metade.
Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
www.weg.net
Conjugado, Energia e Potência
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Energia e Trabalho No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho (W) realizado para trazer o balde do fundo ate a boca do poco e sempre a mesma, valendo:
W = F x d = 20 N x 24,5 m =490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, e a mesma que usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m) OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
Entender a diferença entre trabalho e conjugado
Introdução
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Potência A potência exprime a rapidez com que esta energia e aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária sera:
Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
www.weg.net
Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
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Conjugado, Energia e Potência
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Potência A potência exprime a rapidez com que esta energia e aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária sera:
A unidade usada no Brasil para medida de potencia mecanica e o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW (unidade de medida utilizada internacionalmente para o mesmo fim).
Relacao entre unidades de potencia:
P (kW) = 0,736 . P (cv) P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potencias dos dois motores acima serão:
Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
www.weg.net
Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
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Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
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Especificação do Motor Elétrico 7
1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes deste
guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C = F . E (N . m)
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W = F . d (N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F . d
Pmec
= (W)
t
490
P1
= = 245 W
2,0
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = = 377 W
1,3
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245 1 377 1
P1
= = cv P2 = = cv
736 3 736 2
Para movimentos circulares
C = F . r (N.m)
. d. n
v = (m/s)
60
F . d
Pmec
= (cv)
736 . t
onde: C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Figura 1.1
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Conjugado, Energia e Potência
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
26
Energia e potencia eletrica Embora a energia seja uma coisa so, ela pode se apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma resistencia a uma rede eletrica com tensao, passara uma corrente eletrica que ira aquecer a resistencia. A resistencia absorve energia eletrica e a transforma em calor, que tambem e uma forma de energia. Um motor eletrico absorve energia eletrica da rede e a transforma em energia mecanica disponivel na ponta do eixo.
Corrente Contínua P = U . I (W)
Ligação Estrela-Triângulo
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
27
U = Uf
U=220V
U = √3 . Uf
U=220V Uf=127V
Grandezas vetoriais
Uf1
Uf2
Uf3
Uf1 Uf2
Uf3
Linha
Fase
Ligação Estrela-Triângulo
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
28
I = If
IL = √3 . If
Grandezas vetoriais
If1
If2
If3
If1
If2
If3
Linha
Fase I1
Conjugado, Energia e Potência
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
29
Potencia eletrica CorrenteAlternada
1 ) Resistência (F.P. = 1)
Sistema Monofásico P = Uf . If (W)
Sistema trifásico P = 3Pf = 3 . Uf . If (W)
2 ) Cargas Reativas (F.P. < 1)
Conjugado, Energia e Potência
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
30
Rendimento O rendimento define a eficiência com que e feita a conversão da energia elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia mecânica disponível no eixo. Chamando “Potencia util” Pu a potência mecânica disponível no eixo e “Potencia absorvida” Pa a potência elétrica que o motor retira da rede, o rendimento sera a relação entre as duas, ou seja:
Exercício
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
31
Um motor é conectado diretamente a um sarilho com um objetivo de içar em 20s uma carga de 1000N a uma altura de 60m. O Sarilho possui diâmetro de 0,3m. Sabendo-se que o rendimento do motor é de 80%, que a tensão usada é de 220V trifásico e o F.P. = 0,93 , calcule: 1. Conjugado do motor;
2. Trabalho (energia);
3. Potência mecânica;
4. Potência Ativa (elétrica);
5. Potência Aparente ;
6. Corrente de linha;
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
32
Ao se especificar um motor deve-se considerar 1. Aplicação (motor CC, CA, Síncrono, Assíncrono, etc)
2. Potência / conjugado
3. Rotação (número de polos)
4. Tensao (127V / 220V / 380V / 440V / 4.16kV)
5. Frequencia (no Brasil: 60Hz)
6. Grau de protecao (ver tabela)
7. Carcaca: Formas construtivas / níveis de ruído (ver opções)
8. Classes de isolamento: e a especificacao do isolamento termico. Ou seja, ele especifica qual e a maxima temperatura que o bobinado do motor pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida util. Existem tres classes de isolamento: • B 135oC
• F 150oC
• H 180oC
9. Ventilacao (ver opçoes)
10. Fator de Serviço: reserva de potencia que da ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condicoes desfavoraveis (1,0 – 1,15 – 1,5)
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
33
Carcaca Formas construtivas (ver opções dos fabricantes e normas)
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
34
Carcaca / Formas construtivas
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
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Elé
tric
as II
35
Carcaca / Formas construtivas
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
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Elé
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as II
36
Carcaca / Formas construtivas
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
alaç
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Elé
tric
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37
Carcaca / Formas construtivas
Regra Prática Para escolha de um motor
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
38
Grau de proteção (ver tabela)
Partidas de motores CA
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
39
• Partida Direta
• Partida Estrela-Triângulo
• Partida com Reversão
• Inversor de Frequência
Partidas de motores CA
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
40
• Partida Estrela-Triângulo
Partidas de motores CA
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
41
• Partida Estrela-Triângulo
Partidas de motores CA
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
42
• Inversor de Frequência
• Permite partida e parada em rampa;
• Controlar a rotação do motor;
• Monitora tensão, corrente, falta de fase...
• Possui diagnóstico;
• Comunicação com o PLC em rede;
Inversor
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
43 M
3 ~
C P U
DISPOSITIVO EXTERNO
V / f
R
S
T
22
3.3 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO
3.3.1 Invertendo a rotação
Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na
“alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada),
diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação
do motor (5 por 6).
3.3.2 Determinando a rotação (rpm)
A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número
de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia
na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá
na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).
Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.
3.3.3 Velocidade síncrona (ns)
É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através
dela pode-se saber o valor da rotação do motor.
A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:
ns = 2 · 60 · f
p
Onde: ns = velocidade síncrona em rpm
f = freqüência da rede em Hz
p = número de pólos.
Exemplo: Em um motor de 2 pólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.
3.3.4 Velocidade assíncrona (n)
Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação
medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado-
se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa
fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do
motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da
velocidade assíncrona.
3.3.5 Escorregamento (s)
É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a
rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.
Retificador
• Transforma Corrente Alternada em Contínua.
• Uso de diodos, os quais conduzem a corrente elétrica em somente um sentido.
• A Figura abaixo simboliza um diodo, o qual conduz a corrente somente no sentido de A para B, se o lado de A for positivo e o lado de B for negativo.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
44
A B
Retificador
• Exemplo 1: Onda Incompleta
• Na figura abaixo, o diodo conduz apenas quando a senóide está no semi-ciclo positivo, trabalhando como se fosse uma chave fechada.
• Quando a senóide está no semi-ciclo negativo, o diodo funciona como uma chave aberta, portanto a tensão tem valo 0 ( Zero).
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
45
R
A B
Carga
Fonte
+ _
1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
Retificador
• Exemplo 1: Onda Incompleta
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
46
A B
Carga
Fonte
+ _
1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
+
-
Retificador
• Exemplo 1: Onda Incompleta
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
47
A B
Carga
Fonte
+ _
1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
+
-
Retificador
• Exemplo 2: Onda Completa
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
48
A B
Carga
Fonte Monofásica
+ _
1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
Retificador
• Exemplo 2: Onda Completa
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
49
A B
Carga
Fonte Monofásica
+ _
+
- 1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
Retificador
• Exemplo 2: Onda Completa
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
50
A B
Carga
Fonte Monofásica
+ _
+
-
1 4 710131619222528313437404346495255586164677073
Retificador
• Exercício: Desenhe a forma de onda para o retificador abaixo alimentado por uma fonte trifásica.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
51
Carga
Fonte Trifásica
+ _
Carga 135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173
Retificador
• Exercício: Desenhe a forma de onda para o retificador abaixo alimentado por uma fonte trifásica.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
52
Fonte Trifásica
+ _ 135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173
Exercício
• Explique um motivo para se usar o capacitor abaixo.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
53
C P U V / f
Inversor de Frequência
Exercício
• Explique um motivo para se usar o capacitor abaixo.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
54
C P U V / f
Inversor de Frequência
135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173
Inversor PWM • Transforma Corrente Contínua em Alternada, alterando a
frequência conforme a necessidade. • Usa a técnica conhecida como PWM (Pulse With Modulation). • Usa IGBT, os quais conduzem apenas quando recebem
comando. • Necessita de um sistema preciso de controle. • A Figura abaixo ilustra um IGBT, o qual funciona como uma
chave, que precisa de um comando para “fechar”.
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
55
Comando
+
Inversor PWM
• Exemplo de um Inversor PWM
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
56
+
+
+
+
+
+
M 3 ~
+
-
CPU ( Controle)
Saída do Inversor PWM
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
57
Saída do Inversor PWM
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
58
Unidade 4: Transformadores
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
59
1. Introdução e Conceitos
2. Tipos de Transformadores
3. Funcionamento dos Transformadores
Unidade 4: Transformadores
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
60
Definição:
Um dispositivo que por meio da indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos (secundário), usando a mesma frequência, mas, geralmente, com tensões e intensidades de correntes diferentes.
Unidade 4: Transformadores
Inst
alaç
ões
Elé
tric
as II
61
Principio de funcionamento:
Todo transformador e uma máquina eletrica cujo principio de funcionamento esta baseado nas Lei de Faraday e Lei de Lenz. E constituido de duas ou mais bobinas de multiplas espiras enroladas no mesmo nucleo magnetico, isoladas deste, nao existindo conexao eletrica entre a entrada e a saida do transformador. Uma tensao variavel aplicada a bobina de entrada (primario) provoca o fluxo de uma corrente variavel, criando assim um fluxo magnetico variavel no nucleo. Devido a este e induzida uma tensao na bobina de saida (ou secundario), que varia de acordo com a razao entre os numeros de espiras dos dois enrolamentos.
Unidade 4: Transformadores
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Principio de funcionamento:
Unidade 4: Transformadores
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TRANSFORMADOR IDEAL
Para considerar um transformador ideal, as seguintes hipóteses devem ser assumidas:
• todo o fluxo deve estar confinado ao núcleo e enlaçar os dois enrolamentos;
• as resistências dos enrolamentos devem ser desprezíveis;
• as perdas no núcleo devem ser desprezíveis;
• a permeabilidade do núcleo deve ser tão alta que uma quantidade desprezível de fmm e necessária para estabelecer o fluxo.
Unidade 4: Transformadores
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a: relação de transformação.
Unidade 4: Transformadores
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Unidade 4: Transformadores
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TRANSFORMADOR COM PERDA Ao contrario do transformador ideal, os transformadores reais apresentam perdas que devem ser consideradas, pois nem todo o fluxo esta confinado ao nucleo, havendo fluxo de dispersao nos enrolamentos. Da mesma forma, ha perdas ohmicas nos enrolamentos e ha perdas magneticas (histerese magnetica) no nucleo:
1. Perdas no cobre: resultam da resistencia dos fios de cobre nas espiras primarias e secundarias. As perdas pela resistencia do cobre sao perdas sob a forma de calor (Perdas Joule) e nao podem ser evitadas.
2. Perdas no ferro: a. por histerese: energia transformada em calor na reversao da polaridade
magnetica do nucleo transformador.
b. por correntes parasitas: quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnetico, ou e sujeita a um fluxo magnetico movel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido as perdas na resistencia do ferro (perdas por correntes de Foucault).
Unidade 4: Transformadores
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Regulacão de Tensão
Para manter na saida de um transformador, sob carga variavel, um nivel de tensao constante, e empregado um regulador que pode estar presente no proprio transformador, atraves de derivacoes na bobina do primario.
Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primario e 500 espiras no secundario apresentado na Figura abaixo:
220V 110V
a=2
Unidade 4: Transformadores
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Regulacão de Tensão
Para manter na saida de um transformador, sob carga variavel, um nivel de tensao constante, e empregado um regulador que pode estar presente no proprio transformador, atraves de derivacoes na bobina do primario.
Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primario e 500 espiras no secundario apresentado na Figura abaixo:
220V 122V
a=1,8
Transformadores Trifásicos
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Transformador Trifásico • Um transformador trifasico e constituido de pelo menos tres
enrolamentos no primario e tres enrolamentos no secundario, os quais podem estar conectados tanto em Y (estrela) quanto em ∆ (triangulo ou delta). A ligacao em Y ou ∆ dos enrolamentos e estabelecida atraves da conexao dos seus terminais, conforme mostra a Figura:
• Essas varias formas de conexao dao origem aos quatro tipos de ligacao dos transformadores trifasicos: Y-Y, Y-∆, ∆-Y e ∆-∆. Cada um desses tipos possui propriedades diferentes que determinam o uso mais adequado conforme a aplicação.
Transformadores Trifásicos
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RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO
• Ligação Y - ∆
• Ligacao ∆ - Y
Transformadores Trifásicos
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RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO
• Ligação ∆ - ∆ ou Ligacao Y - Y
• Uma caracteristica da associacao Y-∆ e o deslocamento angular de ± 30° que resulta entre as tensoes terminais correspondentes do primario e do secundario. O sentido da defasagem depende da sequencia das fases. Esse deslocamento pode ser percebido atraves de um diagrama fasorial.
• Portanto, e necessario tomar cuidado com as defasagens quando, por exemplo, deseja- se conectar dois transformadores trifasicos em paralelo.
Tipos de Transformadores
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TRANSFORMADOR DE CORRENTE Um transformador de corrente (abreviadamente TC ou TI) é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição vetorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada. Os transformadores de corrente, também chamados de transformadores de instrumentos, utilizados em aplicações de alta tensão (situações essas onde circulam, frequentemente, altas correntes), fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito primário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de:
• medição,
• controle e
• proteção.
Tipos de Transformadores
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Proteção:
Medição:
Exercício
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1 - Um transformador trifásico de potência possui ligação Estrela-Triângulo. Os enrolamentos primários estão conectandos a uma rede de 23kV. Sabendo-se que a tensão do secundário é de 440V, que a carga alimentada no secundário é de 20kW e o FP da carga é de 0,95. Pede-se:
a. Corrente do secundário do transformador.
b. Relação de transformação deste transformador.
c. Corrente do primário do transformador.
Exercício
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2 – Uma Subestação tem a tensão de entrada de 135kV. Esta SE possui um sistema de monitoramento da tensão de entrada, constituído por um transformador cujo relação de transformação é de um para dez mil. Um voltímetro está conectado no secundário deste transformador. Se este voltímetro indica uma tensão de 13 V, Qual será a tensão real de entrada?