Motores Trifásicos 2 - Partida e Operação Apostila, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
vinicius-lopes-dos-santos-8
vinicius-lopes-dos-santos-8

Motores Trifásicos 2 - Partida e Operação Apostila, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

66 páginas
50Números de download
1000+Número de visitas
91%de 0 votosNúmero de votos
1Número de comentários
Descrição
Motores Trifásicos
100 pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
Baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 66
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 66 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 66 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 66 páginas
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 66 páginas
Suponhamos colocar no interior do estator uma bobina, constituída por uma única espira fechada, livre de girar em torno de um eixo que coincide com o eixo de simetria do estator. Excitando-se o estator com uma corrente senoidal trifásica, criar-se-á um campo girante de induções. Para efeito de análise substituiremos o campo girante do enrolamento trifásico do estator por um par de pólos (Norte e Sul), girando com uma velocidade angular co, (fig. 3.6). Inicialmente a espira parada “vê” o campo com velocidade w,, portanto, por efeito da variação de fluxo, produzida pelo campo girante que se desloca em volta da espira, gera-se nesta última uma força eletromotriz induzida, e como ela está em curto circuito, uma corrente induzida circulará por ela. Esta corrente, pela Lei de Lenz, tenta anular a causa que a produziu, isto é, o sentido da corrente que circula na espira é tal que o campo magnético que ela cria, opõe-se à variação de fluxo. A figura 3.6 ilustra esse fato. Estamos agora, face ao caso de um condutor percorrido por corrente imerso num campo magnético, logo surgirá sobre o condutor uma força F, dada por: > 5.5 F=iIAB isto é, tem direção normal ao plano formado por i e B, e módulo dado porix B. A força F, poderá ser decomposta segundo as direções: normal e longitudinal da espira (fig. 3.7). Fn F Ws B Ws F I o Figura 3.6 - Campo produzido por Figura 3.7 - Força na espira um par de polos girante A força longitudinal não nos interessa do ponto de vista do funcionamento do motor, de vez que somente dará esforço de deformação da espira. A primeira, será responsável pelo conjugado motor (Fx x d). Sob a ação deste conjugado, a espira começa girar no mesmo sentido de rotação do campo girante. À medida que a velocidade de rotação da espira aumenta, a velocidade da espira em relação ao campo girante diminui, diminuindo desta maneira, a variação do fluxo através da espira e consequentemente diminuindo a força eletromotriz induzida, a corrente induzida e o conjugado motor criado por esta última. O conjugado motor será reduzido até atingirmos a condição de regime na qual se verifica a igualdade: Crnotor = Cresistente É claro que a velocidade da espira, nunca poderá atingir a velocidade síncrona, de vez que isso ocorrendo, a posição relativa da espira e do campo girante permanece inalterada, não havendo variação de fluxo e consequentemente não havendo geração de correntes induzidas (Cmoror = 0). De quanto exposto, resulta a denominação desta máquina, “motor assíncrono”, que prende-se ao fato desse tipo de máquina nunca atingir a velocidade de sincronismo. 3.2.4 ESCORREGAMENTO Define-se escorregamento como sendo a diferença entre a velocidade síncrona e a parte móvel do motor, denominada rotor, expressa em porcentagem daquela, isto é: onde ws e Ns são respectivamente a velocidade angular do campo girante e a rotação do campo girante e; o e N a velocidade angular e a rotação do rotor. Salientamos que a plena carga, usualmente o escorregamento de um motor quando opera em regime permanente está compreendido entre 3 e 6%; assim, sua velocidade apresenta apenas pequenas variações. EXEMPLO - Um motor trifásico de indução de 4 pólos é alimentado com tensão de 220 V, 60 Hz e gira a 1720 r.p.m. Qual é seu escorregamento? 1. Determinação da velocidade síncrona Ne 60f — 60x60 = 1.800 rpm =p 2 Tp 2. Determinação de s N,-N 1800-1720 = 100= ————— x100 = 4,45% N 1800 s EXEMPLO - Um motor de indução trifásico é alimentado com tensão de 220 V - 50 Hz gira em vazio a 995 r.p.m. Pede-se: a) o número de pólos do motor. b) o escorregamento em vazio a) Determinação do número de pólos A determinação do número de pólos é feita por tentativas. Sabemos que em vazio, o motor gira com velocidade muito próxima à de sincronismo, portanto, calcula-se a velocidade síncrona para os vários valores do número de pólos e aquela que mais se aproximar da de vazio nos dá o número de pólos. Assim, para f = 50 Hz temos: Número de pares de pólos | 01 02 03 |/04/05 N. (r.p.m.) 3000 | 1500 | 1000 | 750 [600 portanto, trata-se de motor com 3 pares de pólos. b) Determinação do escorregamento MN (op = 1000-995 100 100= 0,5% 3.3 DETALHES CONSTRUTIVOS 3.3.1 INTRODUÇÃO Os motores de indução são constituídos dois grupos de enrolamentos montados sob núcleos de materiais ferromagnéticos (bobinas): um imóvel, constituído pelas bobinas que (embora fixas) criam o campo girante, denominado “estator” e, outro grupo móvel (girante), constituído pelas bobinas que sob a ação do campo girante, giram no interior do estator, este é chamado de rotor. O estator também é chamado de “indutor”e o rotor de “induzido”. A necessidade de ambos serem constituídos por núcleos ferromagnéticos se prende ao fato de assim, ser possível obter fluxo de indução a partir de correntes relativamente pequenas. Se o núcleo fosse de ar, seria necessário uma corrente muitas vezes maior para se obter o mesmo fluxo (“Desde que não saturado, a relutância do ferro é muito menor que a do ar”). 3.3.2 ESTATOR a) Núcleo de Ferro O núcleo de material ferromagnético do estator é constituído por um conjunto de lâminas de ferro com o formato de uma coroa circular, justapostas. No diâmetro interno são executados entalhes (fig. 3.8), equidistantes, que no conjunto, irão constituir os “canais” onde se alojarão os condutores. PERFIS PE CANAIS Figura 3.8 - Detalhes Construtivos do Núcleo de Ferro Para a construção do núcleo, emprega-se chapa de aço de 0,5 mm de espessura, com baixo teor de silício (cifra de perda 2,5 a 3,0 Watt/kg). Não se empregam aços com alto teor de silício, (como por exemplo nos transformadores) devido à sua alta dureza e fragilidade. As lâminas são isoladas entre si por meio de verniz ou de folhas de papel de pequena espessura, tal como nos transformadores. Nas máquinas de maior potência, as lâminas não são agrupadas num conjunto único, mas, são feitos blocos parciais de 5 a 10 cm de espessura e montados com separadores, de perfil adequado, de modo a se formarem entre os blocos canais de ventilação, com largura da ordem de 10 mm. O conjunto das lâminas após cuidadosa compressão, é fixado à carcaça que tem a finalidade puramente mecânica de suporte. b) Enrolamento O material empregado para a execução do enrolamento com maior freguência é o cobre, e mais raramente, o alumínio. Escapa ao caráter elementar deste curso, o estudo dos tipos de enrolamentos, sendo que, nos limitaremos a dar noções sucintas de sua execução. As bobinas são enroladas e posteriormente colocadas nos canais. Após a colocação de todas as bobinas, são feitas as ligações internas entre elas (ligações: série, paralelo, série-paralelo) e ligados os fios que constituirão os terminais externos. Nas bobinas devemos destacar a parte ativa - aquela que está no interior do núcleo de ferro - e a “cabeça”, parte externa ao núcleo, que perfaz a interligação entre os dois lados ativos (fig. 3.9). bobina - cabeça lado ativo cabeça coroa Figura 3.9 - Detalhes Construtivos de Enrolamento 3.3.3 ROTOR Caso se construísse o rotor, imerso no ar, como foi esquematizado na figura 3.2, a relutância (R) do circuito magnético seria muito elevada, como conseqiiência, a corrente necessária para criar um campo girante de intensidade razoável, seria exageradamente grande, pois, a força magneto motriz (5) que produz o fluxo (4) em um circuito magnético de relutância (MR) é proporcional à corrente que cria o campo magnético: 3=R.d 3=NI=RQ Então, se alojarmos a bobina do rotor em um núcleo de ferro cilíndrico, deixando entre o rotor e o estator apenas o espaço suficiente para a rotação daquele (dentro das tolerâncias mecânicas de construção), o valor de R terá sido reduzido significativamente, em relação ao caso da espira 19 do rotor ser imersa em ar; consequêntemente o valor da corrente também será reduzido. Ao espaço existente entre o rotor e o estator dá-se o nome de “entreferro”. O rotor, tal como o estator, é constituído por um conjunto de lâminas de ferro com baixo teor de silício. As lâminas são coroas circulares com uma série de canais equidistantes situados na circunferência externa (figura3.10). O conjunto de lâminas é mantido comprimido por meio de anéis e é fixado ao eixo por meio de uma chaveta. Existem dois tipos principais de enrolamentos de rotor: “rotor em gaiola” e “rotor bobinado”. No rotor em gaiola, alojam-se nos canais, barras de cobre ou alumínio que são postas em curto circuito nas duas extremidades (fig. 3.11) através de aneis que lhes são solidários. Figura 3.10 - Coroas circulares que constituem o núcleo do rotor 20 Figura 3.11 - Rotor em Gaiola No bobinado empregam-se bobinas usualmente elaboradas por fios de cobre e ligados em estrela, de tal modo que os 3 terminais da ligação sejam conectados a aneis condutores, isolados entre si, montados concentricamente no eixo do rotor. Através de escovas fixas de grafite, que deslizam sobre a superfície dos aneis, é possível se ter acesso ao circuito do rotor. A fig. 3.12 ilustra esse tipo de rotor. Figura 3.12 - Rotor Bobinado 24 3.4 TIPOS DE LIGAÇÃO 3.4.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS Consideremos um motor de indução trifásico de 1 par de pólos, portanto constituído, como vimos, por 3 bobinas, cada uma alimentada por uma fase do sistema trifásico. Como sabemos, uma bobina é um bipólo elétrico (portanto com 2 terminais) constituída, por várias espiras. O dimensionamento do isolamento e da capacidade de corrente que as bobinas podem suportar, determinam a tensão adequada de operação e a potência elétrica do motor, que por sua vez, determinam a potência mecânica que podem fornecer. Assim sendo, se por exemplo tivermos uma bobina dimensionada para operar sob tensão de 220 V e. dispormos de uma fonte trifásica com tensão de linha de 220 V; então deveremos ligar as bobinas do motor em delta, para que se possa operar o motor conforme foi dimensionado e assim obtermos a potência especificada. Porém, se dispusermos de uma fonte trifásica de 380 V, relativamente frequente em instalações industriais, a ligação das bobinas deverá ser a ligação estrela, pois assim cada uma delas ficará submetida à tensão de 380/13, ou seja 220V, operando portanto conforme dimensionada. Note que a potência elétrica ( P=V3VIcos FI) que o motor absorve da rede no caso de ser alimentado por 220V e ligação delta é a mesma que absorve quando alimentado por 380V e ligação estrela. Considerando agora que se possa subdividir cada bobina de cada fase em 2 conjuntos obtem-se, ao invés de 1 bobina/fase, 2 bobinas/fase e, consequentemente 4 terminais por fase, ao invés de 2 terminais/fase. Nesse caso, teremos maior possibilidade de utilizarmos o motor, adequadamente, alimentado por uma maior variedade de tensões. Assim, por exemplo se dispusermos de um motor com bobinas isoladas para tensão de 220 V e dispusermos de uma fonte de 440 V, poderemos opera- lo, adequadamente, se associarmos as bobinas de cada fase em serie e, posteriormente executarmos a ligação delta. Assim, cada bobina ficará submetida a tensão de 220 V. Agora, se dispusermos de uma fonte de 760 V, devemos associar as bobinas em serie e utilizar a ligação estrela (verifique!). 22 Em resumo, as bobinas dos motores são dimensionadas para operarem sob tensões especificadas e conforme seja a tensão da fonte disponível, devemos proceder as convenientes ligações para que as bobinas fiquem submetidas a tensão adequada e o motor forneça a potencia especificada. 3.4.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DOS MOTORES O estator dos motores de indução trifásicos é constituído por três grupos de bobinas, um para cada fase. O fabricante pode interligar todos os terminais das bobinas de uma fase, resultando, no conjunto 2 x 3 = 6 terminais que são levados ao exterior da carcaça, resultando um motor de “6 terminais externos” e que torna possível a ligação do motor em triângulo ou em estrela. Alternativamente, o fabricante pode agrupar, internamente, as bobinas de cada fase de modo a se dispor, externamente dos terminais de duas bobinas de cada fase (totalizando 2 x 2x3 = 12 terminais). Deste modo o estator poderá ser ligado de quatro modos diferentes, isto é: a) ligando-se as bobinas de cada fase em série e o conjunto em triângulo ou em estrela (ligação À ou À). b) ligando-se as bobinas de cada fase em paralelo e o conjunto em triângulo ou estrela (ligação duplo-triângulo AA ou ligação dupla- estrela AA). Finalmente o fabricante poderá interligar somente um terminal de cada fase resultando acessíveis externamente nove terminais. Note que o número de terminais acessíveis das bobinas não tem relação alguma com o número de pares de polos tratados em uma seção anterior neste texto, ou seja podem existir motores com 2 ou 4 polos com 6, 9 ou 12 terminais acessíveis. A figura a seguir ilustra esse fato. 6 terminais 6 terminais 2 polos 4 polos 12 terminais 12 terminais 2 polos 4 polos b a c a-a” b-b'| > Esm série ou em paralelo al -a2 A Ce al'-a2' | Em série (ligações in- o ternas não acessíveis) cl" -c2 Figura 3.13 - Motores com 2 e 4 polos, com 6 ou 12 terminais A identificação dos terminais de cada bobina torna-se possível numerando-se ou assinalando-os com letras bem determinadas. A numeração dos terminais é padronizada e é executada como segue: a) Dispõem-se as bobinas de cada fase segundo os lados de um triângulo, de modo que, percorrendo-se o triângulo, no sentido anti-horário, a partir de um dos seus vértices, encontram-se, ordenadamente, início e fim de cada bobina. b) Sempre percorrendo o triângulo no sentido anti-horário, numeram-se os inícios das bobinas de cada uma das fases, com os números 1,2 e 3 (com as letras: U, Ve W). A seguir numeram-se os terminais de saída desses mesmas bobinas com os números 4, 5 e 6 (com as letras: X, Y e Z). c) Repete-se o procedimento até a numeração de todos os terminais. Figura 3.14 - Esquema para a numeração dos terminais das bobinas. 34.3 LIGAÇÃO DE MOTORES COM 12 TERMINAIS EXTERNOS Os tipos de ligação de um motor com 12 terminais externos estão esquematizados na figura 3.15. Admitimos que cada bobina é dimensionada para trabalhar com tensão V e frequência f, resultando para as tensões de linha os valores apresentados. a) Ligação A b) Ligação AA Tensão de linha 2V(440V) Tensão de linha V(220V) 25
Esta é apenas uma pré-visualização
3 mostrados em 66 páginas