motores de induÇÃo trifÁsicos eletrônica industrial ii danila 00028-3 juliana01035-3
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MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Eletrônica Industrial II
Danila 00028-3Juliana 01035-3
INTRODUÇÃO
Motores elétricos – mais importantes acionadores industriais
para qualquer potência ampla faixa de velocidade componentes padronizados elevado grau de automação industrial controle à distância fácil manutenção e reposição
INTRODUÇÃO
MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS E TRIFÁSICOS:
95% do total de motores instalados nos setores: rural, industrial, comercial e residencial.
75% do total de potência instalada dos motores em geral.
TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
Estator (parte estática): chapas ferromagnéticas finas empilhadas e isoladas entre si.
Rotor (parte móvel): núcleo ferromagnético laminado – enrolamento de condutores paralelos.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS
Bobinas: localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de CA.
Podem ser ligadas em triângulo (∆) ou estrela (Y).
ANALOGIATRANSFORMADOR / MIT
Estator Primário
Rotor Secundário
VISTA EXPLODIDA DOS DIVERSOS ELEMENTOS DO MOTOR
Motor Gaiola de Esquilo
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
PRINCÍPIO BÁSICO DE OPERAÇÃO
Lei de Faraday: “Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida”.
Lei de Lenz: “O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem”.
CAMPO MAGNÉTICO
Correntes trifásicas aplicadas às bobinas do estator:
iA(t) = I.sen(ωt) [A]iB(t) = I.sen(ωt - 120º) [A]iC(t) = I.sen(ωt + 120º) [A]
CAMPO MAGNÉTICO
A fmm produzida pelas correntes trifásicas é dada por:
ŢA(t) = I.sen(ωt) [A]ŢB(t) = I.sen(ωt - 120º) [A]ŢC(t) = I.sen(ωt + 120º) [A]
CAMPO MAGNÉTICO
Para as três bobinas defasadas de 120º, temos:
Ţ(t) =1,5.N. I.sen(ωt) [A]
CAMPO MAGNÉTICO
DISPOSIÇÃO ESPACIAL DAS BOBINAS
Ponto 4
FORÇA RESULTANTE
Ponto 1
FORÇA RESULTANTE
Ponto 2
FORÇA RESULTANTE
Ponto 3
REPRESENTAÇÃO DE ENERGIA DO MOTOR
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O número de pólos irá determinar a velocidade do campo girante. Velocidade de rotação do campo girante (Velocidade Síncrona):
RPMnfN S
.120
NS = velocidade do campo girantef = freqüêncian = número de pólos
ESCORREGAMENTO
Diferença de velocidade que existe entre a velocidade síncrona do campo magnético girante e a velocidade um pouco menor na qual gira o disco é chamada escorrega-mento:
S
RS
NNNs
s = escorregamentoNS = velocidade do campo giranteNR = velocidade do rotor
ESCORREGAMENTO
S = freqüência angular na corrente do estatorR = freqüência angular na corrente do rotor = velocidade do rotor [rad/s]
SS
S
S
Rs
1
CORRENTE SOLICITADA PELO MOTOR
O rendimento do motor é dado pela expressão:
%el
mec
PP
A corrente nominal do motor, em amperes, pode ser obtida da seguinte expressão :
fpVK
HPI 746
PMEC= Potência MecânicaPEL= Potência Elétrica
V = tensão entre fases fp = fator de potênciaK = constante igual a para trifásico HP = potência mecânica no eixo3
FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA
Três condutores do rotor e sua relação com um campo magnético multipolar produzido por um enrolamento trifásico:
FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA
Corrente induzida Interação entre campos
TORQUE NO MOTOR DE INDUÇÃO
T = torque KT = constante de torque para o nº de pólos, enrolamento unidades
empregadas etcØ = fluxo produzido por cada pólo unitário do campo magnético
girante que concatena o condutor do rotorIR . cos θR = componente da corrente do rotor em fase com Ø
O Torque Desenvolvido em cada um dos condutores individuais do rotor na situação de motor parado:
T = KT . Ø . IR . cos θR
TORQUE NO MOTOR DE INDUÇÃO
Torque de Partida
TP = K . Ef2
Torque Máximo
TMAX = (K . Ef2)/[2.(sT MAX.Xrb)2]
CIRCUITO EQUIVALENTE PARA MOTOR DE INDUÇÃO
O motor de indução pode ser analisado como um transformador contendo um entreferro e tendo uma resistência variável no secundário.
por fase
CIRCUITO EQUIVALENTE MODIFICADO
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
CURVA CARACTERÍSTICA
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
PERDAS NO MIT
Perdas Elétricas Perdas Magnéticas Perdas Mecânicas Perdas Parasitas
PERDAS ELÉTRICAS
do tipo R.I2
Aumentam com a carga Para reduzir – aumenta-se a seção dos
condutores do estator e do rotor
PERDAS MAGNÉTICAS
Lâminas e ferro do estator e do rotor Devidas a:
- efeito histerese- correntes induzidas (de Foucault)
Variam com a densidade de fluxo e a freqüência Para reduzir:
- aumenta-se a seção do ferro (estator e rotor)- utiliza-se lâminas delgadas- melhoramento dos materiais magnéticos
PERDAS MECÂNICAS
Devidas a:- fricção por atrito- ventilação- oposição do ar
Para reduzir – aperfeiçoar o sistema de ventilação
PERDAS PARASITAS
Stray losses ou perdas extraviadas Devidas a:
- fuga do fluxo- distribuição de correntes não uniforme- imperfeições mecânicas- irregularidade na densidade de fluxo do ar
Para reduzir:- otimização do projeto do motor- produção mais dedicada
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
TIPOS DE MIT
MIT tipo Gaiola de Esquilo MIT tipo Rotor Bobinado
MIT TIPO GAIOLA DE ESQUILO
ROTOR DO GAIOLA DE ESQUILO
robusto barato rápida produção não exige coletor rápida ligação à rede
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Construção do induzido mais:
- rápida- prática- barata
Torque de arranque reduzido em relação a corrente absorvida pelo estator
MIT TIPO ROTOR BOBINADO
CARACTERÍSTICAS
Funcionamento Regime nominal – elementos do rotor em
curto-circuito Para potências muito elevadas Preferencialmente quando as velocidades de
serviço são variáveis
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
TIPOS DE PARTIDA DO MIT
Tipo Gaiola de Esquilo: correntes de partida de 5 a 10 vezes a corrente nominal
Partida direta – dispositivo de controle Partida indireta Após a aceleração do motor – tensão nominal
restabelecida
SISTEMAS PARA PARTIDA INDIRETA
Partida com Chave Estrela-Triângulo Partida com Chave Compensadora Partida com Chave Estática (partida eletrônica) Partida com Chave Série-Paralelo
PARTIDA COM CHAVE ESTRELA-TRIÂNGULO
Ligação das bobinas do enrolamento do estator:
- Y: no instante da partida- : durante toda a operação
Para motores de 6 ou 12 terminais Manual ou automático
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Baixo custo Sem limite quanto ao
número de manobras Correntes de linha de
partida reduzidas
Só para motores com 6 ou 12 terminais
Ocupam muito espaço Tensão de linha =
tensão em do motor Correto ajuste do
instante de comutação
PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA
Autotransformador trifásico com derivações de 50, 65 e 80% da tensão nominal
Os terminais do estator não sofrem qualquer manipulação
Para motores com qualquer número de terminais, ligados em estrela ou triângulo
PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Tensão menor na comutação
Variação do “tap” (de 65 para 80% da tensão)
Limitação da freqüência de manobra
Em relação a chave Y-:- maior- mais carapara uma mesma potência
PARTIDA COM CHAVE ESTÁTICA
Dispositivos de estado sólido de potência (tiristor)
O valor RMS da tensão é controlado pelo ângulo de disparo do tiristor
3 conjuntos de pares de tiristores antiparalelos
VANTAGENS E DESVANTAGENS
Variação suave do torque e da corrente
Não apresenta componentes móveis que geram arco
Aumento da vida útil do dispositivo de partida
Número reduzido de partidas por hora
Maior complexidade
PARTIDA COM CHAVE SÉRIE-PARALELO
Somente para motores com 9 ou 12 terminais Ligação dos terminais do enrolamento:
- em série: durante a partida- em paralelo: a plena carga
Para ligações Y-YY e - Reduz a corrente de partida a 25% do seu
valor para partida direta Somente para partida a vazio
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO PRÁTICA
Lubrificação Verificação periódica Limpeza Condições ambientais
LUBRIFICAÇÃO
Reduzir ao mínimo a fricção do procedimento Lubrificante adequado:
- perdas por fricção elevada- curto período de vida dos
procedimentos Cuidado com o excesso de massa lubrificante Lubrificantes sintéticos
VERIFICAÇÃO PERIÓDICA
Temperatura Condições elétricas e mecânicas do motor Visualizar o uso e a erosão dos componentes Inspeção de 6 em 6 meses
LIMPEZA E CONDIÇÕES AMBIENTAIS
Limpar a carcaça de motores que operam em ambientes com pó abundante
Um aumento de 25° na temperatura do motor aumenta as perdas Joule em cerca de 10%
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações
APLICAÇÕES
Grande aplicação (industriais e domésticas)- robustez- baixo preço- arranque fácil- não possui coletor- não produz faísca- manutenção reduzida
Motor Monofásico – para baixas potências (1 a 2 kW) Motor Polifásico – para potências superiores
APLICAÇÕES
APLICAÇÕES
APLICAÇÕES