transformadores e funcionamento, Resumos de Máquinas

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Motores de Indução

Motores Assíncronos

Máquinas Elétricas • Técnico em Eletrotécnica

Conteúdo da Aula

Parte I — Fundamentos

 Introdução e princípio de funcionamento

 Campo girante, velocidade síncrona e

escorregamento

Parte II — Construção

 Partes constituintes

 Rotor gaiola de esquilo

 Rotor bobinado

Parte III — Desempenho

 Placa de identificação

 Circuito equivalente e potências

 Gráficos e curvas características

 Dinâmica da máquina

Parte IV — Aplicações

 Modelos comerciais

 Métodos de partida

Princípio de Funcionamento

Base Eletromagnética

1. Lei de Faraday — FEM induzida nas barras do

rotor:

e = − N

d Φ

dt

2. Lei de Lenz — corrente induzida se opõe à variação

de fluxo.

3. Força de Lorentz — condutor com corrente em

campo B :

F = B i ℓ

Resumo

Campo girante → FEM no rotor → corrente → força

→ torque

ns

nr

Estator (3 ϕ )

Barras

Campo Girante e Velocidade Síncrona

Campo Girante Trifásico

Correntes defasadas 120◦^ produzem campo de módulo constante girante:

ia = Im cos( ωt ) , ib = Im cos

ωt − 23 π

Velocidade Síncrona e Escorregamento

ns =

120 f p

[rpm] , s =

ns − nr ns

nr = ns ( 1 − s ) , fr = s · f

Velocidades Síncronas Típicas

Polos ns [rpm] 50 Hz 60 Hz

2 3000 3600 4 1500 1800 6 1000 1200 8 750 900

Estados de s

s = 1 Parado (partida) 0 < s < 1 Operação normal s ≈ 0 Em vazio s < 0 Gerador s > 1 Frenagem

Rotor em Gaiola de Esquilo

Anel de curto

Barras

Núcleo laminado

Eixo

Anel de curto

Características

 Barras de alumínio (fundido) ou cobre  Dois anéis de curto-circuito nas extremidades  Sem escovas ou anéis de contato  Robustez e simplicidade construtiva

Vantagens

✓ Construção simples e robusta ✓ Manutenção mínima ✓ Custo reduzido ✓ Alta confiabilidade

Limitação

. Resistência do rotor fixa — controle de torque de partida limitado

Rotor Bobinado (Rotor de Anéis)

Bobinas (distribuídas)

Eixo

Anéis coletores

Escovas

Características

 Enrolamento trifásico distribuído no rotor  Acessível por anéis coletores e escovas  Permite inserir resistores externos  Controle de torque e corrente de partida

Vantagens

✓ Alto conjugado de partida com baixa corrente ✓ Controle de velocidade por reostato ✓ Adequado para cargas de alta inércia

Limitações e Aplicações

. Custo e manutenção maiores; escovas se desgastam. Aplicações: guinchos, pontes rolantes, compressores.

Placa de Identificação (Nameplate)

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

Potência: 7,5 kW (10 CV) Tensão: 220 / 380 V Corrente: 24,3 / 14,0 A Velocidade: 1730 rpm Frequência: (^) 60 Hz Polos: 4 Ligação: ∆ / Y IP / Classe: 55 / F cos ϕ / η : 0,85 / 89,5%

Como Ler a Placa

Potência: kW (SI) ou CV — 1 CV = 0 , 736 kW Tensão dupla: duas ligações possíveis Velocidade: rotação nominal ( nr < ns ) ∆ /Y: ∆ na menor; Y na maior IP55: protegido contra poeira e jatos d’água cos ϕ : fator de potência nominal η : rendimento na carga nominal

Classes de Isolamento

Classe Temp. máx. B 130 ◦C F 155 ◦C H 180 ◦C

Circuito Equivalente por Fase

R 1 jX 1 jX (^) 2 ′ R ′ 2

1 − s s

R 2 ′

V ˙ 1^ Rc jXm

ESTATOR RAMO DE MAGNETIZAÇÃO

ROTOR REFERIDO CARGA MECÂNICA

Estator

R 1 : resistência do enrolamento X 1 : reatância de dispersão

Magnetização e Rotor

Rc ∥ jXm : ramo de magnetização R 2 ′ , X (^) 2 ′: rotor referido

Carga e Relações

1 − s s

R 2 ′: potência mecânica Pmec = ( 1 − s ) PGAP

Curva Conjugado × Velocidade

0^ ns

Tmax

Tpart Op. nominal

Escorregamento s

Conjugado

T

(p.u.)

Pontos Notáveis

Tpart : ao partir ( s = 1) Tmax : pull-out (máximo) Tnom : nominal ( snom ≈ 3–5%) Estável : 0 < s < smax Instável : s > smax

Relação importante

Tmax ∝

V 12

2 X 2 ′

Depende da tensão ao quadrado!

Atenção

Queda de 10% na tensão ⇒ Tmax cai ≈ 19%

Curvas de Desempenho × Carga

Carga (% da nominal)

Valor (%)

Rendimento η Fator pot. cos ϕ Corrente I/In

Interpretação

Rendimento máximo entre 70–90% da carga nominal cos ϕ cresce com a carga — em vazio é muito baixo Corrente cresce quase linearmente

Dica de Projeto

Dimensione o motor para operar entre 75% e 100% da carga nominal. Motores super- dimensionados operam com baixo η e cos ϕ.

Modelos Comerciais e Classificação

ï Eficiência (IEC/ABNT)

Classe Descrição

IE1 Eficiência padrão

IE2 Alta eficiência

IE3 Premium

IE4 Super Premium

IE5 Ultra Premium

No Brasil (Lei 10.295/2001): mínimo IE2 para motores ≥ 1 CV.

 Graus de Proteção IP

IP21: aberto / IP44: semi-fechado / IP55: jato d’água / IP66: estanque / IExx: à prova de explosão

r Fabricantes

WEG (Brasil) — W22, W Siemens — SIMOTICS ABB — IE3/IE Nidec/Leroy-Somer Toshiba , Voges (Brasil)

Tipos de Carcaça (IEC)

Carcaça Potência típica

63–100 Frações de kW 112–160 4–15 kW 180–250 15–90 kW 280–355 90–400 kW 400+ > 400 kW

Métodos de Partida do MIT Trifásico

Método Ipart Tpart Observação

Direta (DOL) 5–8× In 100% Simples; impacto na rede Estrela-Triângulo ≈ 1 , 8 × In ≈ 33 % Chave contactora Autotransformador Ajustável Ajustável Mais caro Soft-Starter 2–4× In Controlável Eletrônico, suave Inversor de Frequên- cia

≤ 1 , 5 × In 100% Controle total

Resistor rotórico Baixa Alto Só rotor bobinado

Y- ∆

Parte em Y: Vfase = VL/

Ilinha e Tpart reduzidos a 1 / 3 Chave troca para ∆ em ≈ 75 % de ns

Soft-Starter

Controla tensão via tiristores. Par- tida progressiva, sem choque me- cânico.

Inversor

Controla V e f continuamente. Permite variação de velocidade em regime.

Obrigado!

Dúvidas e Discussões

Máquinas Elétricas — Técnico em Eletrotécnica

ns =

120 f

p

s =

ns − nr

ns

Tem =

PGAP

ωs