Máquinas Elétricas Rotativas: Sensores e Atuadores II

SENSORES E ATUADORES II MOTORES CA Prof Mário Garcia Faculdade de Engenharia FAENG Centro Universitário Fundação Santo André Máquinas Elétricas Rotativas Máquinas CA são ditas 1 Síncronas quando a velocidade do eixo estiver em sincronismo com a freqüência da tensão elétrica de alimentação 2 Assíncronas quando a velocidade do eixo estiver fora de sincronismo velocidade diferente com a tensão elétrica de alimentação Quando as correntes no rotor surgem somente devido ao efeito de indução sem alimentação externa a máquina é denominada de indução Máquinas de corrente contínua CC máquinas de indução assíncrona e máquinas síncronas representam os três maiores grupos com aplicações práticas Máquina de Indução MI ou Máquina Assíncrona MI 90 dos motores na indústria MI 25 da carga elétrica brasileira Países industrializados 40 a 70 da carga Máquina robusta compacta e barata MI gaiola de esquilo sem contato elétrico com parte girante Baixo requisito de manutenção Maior vida útil da máquina Motivações Produção de um campo magnético Quando um condutor é percorrido por uma corrente elétrica surge em torno dele um campo magnético Lei circuital de Ampère n k k c i ld H 1 i AndréMarie Ampère Revisão 17 Lei de Faraday e fluxo Revisão 27 Michael Faraday Constatações Ao se aproximar ou afastar o ímã do solenóide bobina ocorre um deslocamento do ponteiro do galvanômetro Quando o ímã está parado independentemente de quão próximo este esteja do solenóide não há deslocamento do ponteiro do galvanômetro Lei de Faraday e fluxo Revisão 37 Michael Faraday A lei de Faraday declara que Quando um circuito elétrico é atravessado por um fluxo magnético variável surge uma fem tensão induzida atuando sobre o mesmo dt d e Lei de Faraday e fluxo Revisão 47 Michael Faraday Formas de se obter uma tensão induzida segundo a lei de Faraday Provocar um movimento relativo entre o campo magnético e o circuito Utilizar uma corrente variável para produzir um campo magnético variável dt d e Lei de Lenz Heinrich Lenz Revisão 57 A tensão induzida em um circuito fechado por um fluxo magnético variável produzirá uma corrente de forma a se opor á variação do fluxo que a criou dt d e Força Eletromagnética quando um condutor atravessado por corrente elétrica é imerso em um campo magnético surge sobre o condutor uma força mecânica fBil Força de Lorentz B f i Revisão 67 Links interessantes MOTORES httpswwwyoutubecomwatchvCwe6swMCx6M INDUÇÃO httpswwwyoutubecomwatchvAQqyGNOP3o INDUÇÃO INGLES httpswwwyoutubecomwatchvnGQbA2jwkWI Regra da mão direita para determinar o sentido da força I I Revisão 77 C F d Força x distância Nm W t d F Tempo Trabalho P P t Wh kWh J E CONCEITOS BÁSICOS CONJUGADO ENERGIA E POTÊNCIA MECÂNICA Também chamado de Momento Torque ou Binário f1 r1 𝐶𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝑓1 𝑟1 f2 l2 𝐶𝑚𝑎𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎 𝑓2 𝑙2 𝐶𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝐶𝑚𝑎𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎 𝑓1 𝑟1 𝑓2 𝑙2 𝐶𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝐶𝑚𝑎𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑒 𝐶𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝐶𝑚𝑎𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑏𝑒 𝑓2 𝑟1 𝑙2 𝑓1 Estator Possui um pacote magnético cilíndrico vazado e ranhurado internamente Nas ranhuras são alojados os enrolamentos de campo O pacote magnético é formado de lâminas de aço silício Construção Estator Rotor Peça maciça cilíndrica de material ferromagnético em cuja superfície são incrustadas barras de alumínio ou cobre Dois tipos gaiola de esquilo e rotor bobinado Construção Rotor Rotor gaiola de esquilo Barras de alumínio ou cobre curtocircuitadas nas extremidades através de anéis condutores Construção Rotor Rotor bobinado Possui ranhuras abertas que recebem os enrolamentos de armadura Cada fase dos enrolamentos possui um dos terminais ligados a anéis montados no eixo Construção Rotor O circuito externo é composto por um reostato trifásico 3 que é inserido durante a partida e eliminado gradativamente à medida que o motor acelera O fechamento dos enrolamentos curto é feito externamente Construção Rotor Carcaça Feita de fofo servindo de suporte para o estator e o rotor A carcaça não faz parte do circuito magnético do estator Construção Carcaça Por definição um par de pólos corresponde a 360º elétricos ou 2 rad Para uma máquina de P pólos temos Graus Elétricos X Graus mecânicos ºel P 2 º mec Para uma máquina com 8 pólos quantos graus mecânicos equivalem à 180º elet Exemplo 1 mec x el P omec 45º 180 8 2 º 2 P8 4ºelet º1 mec Enrolamento monofásico excitado por uma corrente constante a Eixo da fase a Linhas de fluxo Campo magnético girante ia t 0 ia Campo magnético constante Na direção da fase a unidirecional Enrolamento monofásico excitado por uma corrente senoidal Campo magnético girante a Eixo da fase a ia ia t 0 t2 t1 t0 Campo magnético pulsante Na direção da fase a unidirecional Uma rede de alimentação trifásica balanceada possui tensões senoidais de mesma amplitude porém defasadas no tempo de 120º elet Campo magnético girante 1 cycle t0 t1 t2 t3 t4 va vb vc Os embobinamentos bobinas do estator do motor de indução trifásico MI3 ou MIT são idênticos e montados a 120º geométricos um do outro Campo magnético girante As bobinas são alimentadas por correntes elétricas trifásicas defasadas 120º elet entre si e com mesma amplitude ia t Iam sen t ib t Ibm sen t 120º ic t Icm sen t 120º Iam Ibm Icm Im Campo magnético girante Como H é proporcional a I temos ha t Ham sen t hb t Hbm sen t 120º hc t Hcm sen t 120º Ham Hbm Hcm Hm Estudar item 31 Estudo da direção do campo resultante hr para vários instantes da apostila Ver animação filme 1 aula9campo girante Campo magnético girante Campo magnético girante Três correntes alternadas senoidais com mesma amplitude e defasadas de 120 graus circulando por três bobinas fixas cujos eixos magnéticos distam 120 graus entre si produzem um campo magnético girante de intensidade constante Eixo da fase c Eixo da fase b 1 cycle t0 t1 t2 t3 t4 ia ib ic 1 ciclo Eixo da fase a a ia t ib b c ic Enrolamento trifásico Campo magnético girante 1 cycle t0 t1 t2 t3 t4 ia ib ic 1 ciclo t Eixo da fase c Eixo da fase b Eixo da fase a a ia ib b c ic Ver animação filme 2 aula9rotatingmmfppt filme 3 aula9DSCF0003 Campo magnético girante hatHm sen wt hbtHm sen wt120 hctHm sen wt120 hr 15 Hm Velocidade síncrona Velocidade do campo girante em uma máquina multipólos Campo girante é uma onda de fmm que se desloca ao longo do entreferro com velocidade síncrona 120fP formando P pólos girantes ao longo do entreferro Considerando a freqüência de alimentação de 60 Hz podese montar a seguinte tabela Velocidade síncrona 120 rpm P f S No pólos 2 4 6 8 s rpm 3600 1800 1200 900 Módulo constante A velocidade de giro do rotor depende da frequência da rede elétrica A sequencia de fase determina o sentido de rotação do campo girante Expressão para o cálculo da velocidade de rotação do campo magnético girante também conhecida como velocidade síncrona s fe é a frequência das correntes trifásicas nas bobinas do estator p é a quantidade de pólos por fase Obs A constante 120 concilia a unidade de fe Hz com a unidade de s rpm Campo magnético girante 88 120 e s f p Estator constituído por três enrolamentos defasados de 120 graus energizados por uma fonte trifásica O fluxo produzido nos enrolamentos do estator é girante com a velocidade síncrona da tensão de alimentação Princípio de funcionamento 14 O rotor é uma peça maciça cilíndrica de material ferromagnético em cuja superfície são incrustadas barras de alumínio ou cobre curtocircuitadas nas extremidades através de anéis condutores Esta estrutura é conhecida como gaiola de esquilo No rotor surgirão correntes induzidas devido a variação do campo girante produzido pelo estator As correntes induzidas produzem uma segunda distribuição de fluxo no rotor A produção de torque ocorre devido a busca de alinhamento entre os fluxos girantes do estator e do rotor Princípio de funcionamento 24 Barras condutoras Anéis extremos Este torque mecânico acelerará o rotor que começará a girar A velocidade do rotor aumentará até atingir um ponto de equilíbrio Princípio de funcionamento 34 Se a velocidade do rotor for igual ao do campo girante Fluxo magnético concatenado entre as bobinas seria constante Não há indução de tensão no rotor A velocidade do rotor diminui com o aumento da carga mecânica Maior corrente induzida para produzir maior campo magnético O MI possui conjugado de partida Alta taxa de variação de fluxo produzindo um elevado conjugado de partida O MI consome potência reativa da rede Corrente de magnetização alta por motivo do entreferro Princípio de funcionamento 44 filme 4 Motor de Indução Princípio de Funcionamento httpwwwyoutubecomwatchvB5aEeuYgfTE Copiar link ver em casa Motores Elétricos httpwwwyoutubecomwatchvlJPmwut73P4 Motores Eletricos httpwwwyoutubecomwatchvrbUJAT6VA4 Motor de Indução Princípio de Funcionamento httpwwwyoutubecomwatchvB5aEeuYgfTE A diferença relativa entre as velocidades angulares das correntes do estator s e do rotor r define o escorregamento da máquina de indução s s r s Em geral o escorregamento é expresso em porcentagem variando a plena carga entre 1 a 5 dependendo do tamanho e do tipo do motor Slip ou escorregamento Na partida instante a velocidade relativa entre o rotor e o campo girante é máxima ɷ r 0 S 1 Se o rotor alcançar a velocidade síncrona ɷr ɷs S 0 Em carga Com isto podemos concluir que 0 S 1 A fem induzida na armadura tem módulo e frequência proporcionais ao escorregamento velocidade do eixo que depende do valor da carga Slip ou escorregamento Identificação Dados de placa Para instalar adequadamente um motor é imprescindível que se saiba interpretar os seguintes dados de placa bloqueado ao estator na situação de rotor referidos perda Joule e dispersão de fluxo no rotor Ruido e reatância de magnetização perdas no núcleo Foucault Histerese perda Joule e dispersão de fluxo no estator de excitação e do rotor do estator corrente resultante fcem gerada pelo fluxo de entreferro tensão de fase nos terminais do estator rb r m c s s rb s rb s X R X R X R I I I E V Vs sI X s s R Rc m X I rb E rI rb X s R2 Circuito equivalente do estator Circuito equivalente do rotor refletido Circuito equivalente Completo Vs sI X s s R c R m X I rb E rI rb X s R2 Circuito equivalente do estator Circuito equivalente do rotor refletido Circuito equivalente simplificado é considerada como uma parcela das perdas rotacionais ensaio a vazio 2 o s o rot 3R I P P Devemos atentar para o fato de que as tensões e correntes induzidas no rotor são variáveis durante o processo de aceleração uma vez que são funções da velocidade do rotor A fem induzida no rotor tem módulo e frequência proporcionais a velocidade do eixo que depende do valor da carga Er S Erb Xr S Xrb Xrb 2fsLr Modelagem do rotor r rb r rb r rb r rb I j X s R E I j s X R s E Onde representa a resistência Rr próprio dos enrolamentos do rotor em série com uma resistência fictícia Rcarga que traduz o comportamento da carga no eixo do Modelagem do rotor s s R R r a c 1 arg s Rr Importância do circuito equivalente Com o circuito equivalente e seus respectivos parâmetros podemos calcular diversas características de desempenho da máquina Relação Torque versus velocidade Corrente de partida Fator de potência Rendimento Análise do circuito equivalente do MIT Potencia absorvida ou Potencia de entrada ou Potencia de linha Perda no cobre do estator Potencia fornecida ao rotor Perda no cobre do rotor cos 3 s s e V I P 2 3 s s cs R I P 2 3 s r cs e fr I s R P P P 2 3 r r dr fr cr R I P P P Análise do circuito equivalente do MIT Potencia desenvolvida pelo rotor ou Potencia interna Perdas rotacionais Potência útil ou potência de saída ou potência no eixo Rendimento 2 R I0 P P P P s o cs o rot fr s r s P I s s R Pcr Pfr Pdr 1 1 3 2 rot dr s P P P 100 e s P P Exercício Desenhe o circuito equivalente do motor de indução trifásico MIT em Ω fase referido ao estator a Diga o significado das grandezas referentes a tensões e correntes b Diga a representação física de cada um dos parâmetros impedâncias Exercício a Vs modulo da tensão de fase nos terminais do estator Es modulo da fem induzida no estator gerada pelo fluxo de entreferro Erb modulo da fcem induzida no rotor situação de rotor bloqueado referido ao estator Is modulo da corrente de fase no estator IØ modulo da corrente de excitação Ic modulo da corrente de perdas no núcleo Im modulo da corrente de magnetização Ir modulo da corrente de fase no rotor referido ao estator Exercício b Rs resistência ohmica que representa a perda joule na bobina do estator Xs reatância indutiva que representa a dispersão de fluxo na bobina do estator Rc resistência ohmica que representa as perdas magnéticas no núcleo Foucault Histerese Ruido Xm reatância indutiva de magnetização Rr resistência ohmica que representa a perda joule na bobina rotor referido ao estator Xrb reatância indutiva que representa a dispersão de fluxo na bobina do rotor referido ao estator OBS Rr s Rr Rcarga resistência ficticia que representa o comportamento da carga em função do escorregamento Exemplo 3 Um motor de indução trifásico estator conectado em Y 460 V 1740 rpm 60 Hz 4 pólos rotor bobinado tem os seguintes parâmetros por fase R1025 Ω R2 02 Ω X1X2 05 Ω Xm30 Ω As perdas rotacionais são de 1700 W Com o rotor curtocircuitado encontre a i corrente de partida quando ligado a tensão nominal ii torque de partida b i escorregamento a plena carga ii corrente a plena carga iii razão entre as correntes de partida e de carga nominal iv fator de potência a plena carga v torque a plena carga vi eficiência interna e eficiência do motor a plena carga c i escorregamento para torque máximo ii torque máximo d resistência que deve ser conectada por fase ao rotor para torque máximo na partida Exemplo 2 a I1 e Tm na partida 18517 N m 1 24119 20 5 188 3 3 A 24119 50 0 49 20 24 0 2613 0 49 Ω 0 24 0 55 63 9 30 5 25 0 50 0 25 30 261 3 V 30 5 25 0 30 265 6 188 5 rads 60 2 1800 2 2 2 2 s s ag partida m 2 2 2 th th 2 th th th th s s R I P T Z Z V I j j j j jX R Z j j V 66 A 245 6 08 66 Ω 1 1 Para 6 Vfase 265 3 460 1 1 1 partida 1 1 2 2 2 1 1 1 1 Z V I Z X j X R jX R jX jX R Z s V m m Exemplo 2 b s I1 I1partidaI1nominal FP ηinterno e ηreal para carga nominal 16311 N m 3 5 75 754 42 9 245 A 19 7 754 42 0 94 cos 19 7 FP Ω 6 2123 19 7 0 0333 Para 3 33 0 0333 1800 1740 1800 2 2 2 s nominal m nominal 1 partida 1 1 1 nominal 1 1 2 2 2 1 1 1 s s s R I T I I Z V I X j X s R jX s R jX jX R Z s n n n s m m Exemplo 2 87 5 32022 4 28021 28021 1700 29721 1sT 29721 W 1sP 60 11 1749 2 163 32022 4 W 0 94 42754 3 265 6 cos 3 9667 0 9667 1 real saída syn ag mec mec rotacional mec saída 1 1 1 entrada real interno P T P P P P V I P s Exemplo 2 c s para Tmáx e Tmáx 68 N m 431 2 1 3 2 2 th 2 th th 2 th s máx X X R R V T 1963 1963 0 2 2 th 2 th 2 Tmáx X X R R s 265 11 163 68 431 nominal máx T T d Rexterno para que Tmáx ocorra com s 1 Ωfase 0 8186 1 externo 2 2 th 2 th externo 2 Tmáx R X X R R R s Conjugado Motor Gerador Região de frenagem Região como motor Região como gerador Velocidade em porcentagem da velocidade síncrona Escorregamento como uma fração da velocidade síncrona s R X X s R R V T 2 2 2 th 2 2 th 2 th s mec 1 Conjugado x escorregamento Rendimento Potência de saída ou potência no eixo geralmente expressa em CV ou HP e eventualmente em kW Potência de entrada menos as perdas no cobre do estator e do rotor no núcleo do estator e do rotor e perdas por atrito resistência ao ar e ventilação Potência de entrada expressa em kW Corrente nominal ou corrente de plena carga é a corrente consumida pelo motor quando ele fornece a potência nominal a uma carga n Psaida Pentrada Rendimento A eficiência é altamente dependente do escorregamento da máquina Para manter alta eficiência o motor de indução deve operar próximo a velocidade síncrona Métodos para a limitação da corrente de partida em MI No instante de acionamento partida do motor de indução este se comporta como um transformador cujo enrolamento secundário corresponde ao do rotor parado e curtocircuitado Na partida a resistência do rotor é muito baixa R2s R2 s 1 resultando em correntes de 5 a 8 vezes o valor nominal A circulação dessa corrente provoca uma queda de tensão elevada no alimentador além de provocar sobre aquecimento danos ao circuito de isolação da máquina caso essa corrente circule por um longo período de tempo Devido a esses motivos a máquina de indução deve partir com tensão reduzida ou outro método que diminua a corrente de partida Métodos para a limitação da corrente de partida em MI No instante de acionamento partida do motor de indução este se comporta como um transformador cujo enrolamento secundário corresponde ao do rotor parado e curtocircuitado Corrente nominal do motor de indução trifásico corrente de linha No instante da partida do motor Para que o motor tenha condição de giro Tp Tcarga mec cos 3 cos 3 no Eixo ominal L L L n V Pmec V PotênciaN I I 2 1 2 2 rB Sn n S Sn r R V r I 1 0 S r cte V Xrb r R V I I 1 2 2 snom r spartida Métodos para redução da corrente de partida Partida com tensão reduzida aplicado a motores com rotor em gaiola de esquilo Autotransformador de partida Chave estrelatriângulo Conversor eletrônico com tensão e freqüência variável Partida com resistor de limitação de corrente Resistor em série com o estator rotor em gaiola de esquilo Resistor em série com o rotor rotor bobinado Partida direta M Distribution Line Transformer Utility Induction Motor PCC M Distribution Line Transformer Utility Induction Motor PCC b PCC voltage waveform 01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 005 0 005 01 015 Time s Motor stator currentpu a Motor stator current waveform 01 02 03 04 05 06 07 08 09 1 05 0 05 1 Time s Motor terminal voltagepu 01 02 03 04 05 06 07 08 09 002 0 002 004 006 008 01 Time s RMS value of motor stator current pu 01 02 03 04 05 06 07 08 09 06 07 08 09 1 11 Time s RMS value of motor terminal voltage pu c RMS value of motor stator current d RMS value of the PCC voltage Current and voltage waveforms of crossline motor starting Partida direta Além dos problemas de qualidade de energia elétrica ocorrem períodos de aceleração e desaceleração no eixo da máquina levando a vibrações mecânicas Autotransformador de partida Um autotransformador trifásico abaixador pode ser empregado na partida de forma a fornecer tensão reduzida durante a aceleração da MI até próximo da velocidade nominal Quando o motor atinge velocidade de regime permanente o autotransformador é desconectado do circuito através da ação de contatores R e S Desvantagem Diminui o torque de partida proporcional ao quadrado da tensão terminal e aumenta o tempo de aceleração até a velocidade nominal uma vez que o torque acelerante diferença entre torque eletromagnético e torque mecânico diminui Tipicamente partese a máquina em 2 ou 3 estágios em que a tensão é gradualmente aumentada 66 75 100 Isso faz com que o torque de partida não seja muito baixo Chave estrela triângulo Esse método também é empregado pra alimentar a máquina com tensão reduzida durante a partida Durante a partida os contatos são fechados no ponto 1 fazendo com que os enrolamentos do estator sejam conectados em estrela Y com a rede Assim a tensão aplicada sobre o enrolamento na partida será 3 V Redução de 423 113 na corrente de partida Chave estrela triângulo Em velocidade nominal o contatos são chaveados para o ponto 2 e os enrolamentos são alimentados com a tensão terminal nominal Esse método também provoca redução do torque de partida Motor de Indução Acionamento Chave EstrelaDelta httpwwwyoutubecomwatchvlBFgMEU84Fo Softstarter chave eletrônica de partida Utilizandose um conjunto de tiristores em antiparalelo podese partir a máquina com tensão reduzida diminuindo a corrente de partida Também reduz o torque de partida portanto usualmente a tensão de partida aplicada é em torno de 3060 da tensão nominal Produz distorção harmônica Conversor eletrônico com tensão e freqüência variável Pode ser usado um conversor eletrônico com capacidade de controlar a magnitude e a freqüência da tensão para a partida suave da máquina mantendo a corrente limitada a um valor préespecificado em inglês Variable Frequency Drive A principal vantagem da partida via conversor eletrônico é a capacidade de fornecer torque de partida nominal durante todo o processo de partida ie em qualquer velocidade e simultaneamente limitar a corrente em seu valor nominal Isso é feito partindose a máquina com freqüência e tensão reduzida mas mantendo se a relação VoltsHertz em seu valor nominal Mais complexo e caro usualmente só é economicamente justificado no caso em que o conversor é utilizado para controle de velocidade Também introduz distorção harmônica no sistema Induction Motor Utility Transformer Distribution Line PCC VFD g V Vp Partida via resistências externas em série com o rotor No caso de rotor bobinado um resistência externa pode ser conectada ao enrolamento do rotor de forma a reduzir a corrente de partida visto que a impedância equivalente do motor aumenta Conforme a velocidade do motor aumenta a resistência externa é gradualmente reduzida Até que ela é eliminada quando a máquina alcança a velocidade nominal Uma vantagem deste método é permitir obter torque máximo durante todo o processo de partida com corrente reduzida A desvantagem deste método é que ele somente é aplicável a máquinas com rotor bobinado Partida via resistências externas em série com o rotor Motor de indução linear Em certas situações como por exemplo em transporte ferroviário e metroviário desejase obter movimento translacional em vez de rotacional Neste caso podese utilizar um sistema de cremalheira para mecanicamente converter o movimento rotacional em translacional Sendo que a vantagem desse sistema é a simplicidade e a desvantagem é o aumento das perdas mecânicas e maior necessidade de manutenção devido ao desgaste Outra opção é empregar um motor linear que produz diretamente movimento translacional Tais motores são denominados motores lineares Motor de indução linear t t0 t t1 ia ib ic A B C b c a t0 Fa Fm Fb Fm2 Fb Fm2 FR 32Fm t1 Fa Fm2 Fb Fm Fb Fm2 FR 32Fm a b c a c b Campo girante Estator Rotor primário secundário Enrol 3 x y Campo deslizante Motor de indução linear Se o rotor do tipo gaiola de esquilo for substituído por um cilindro de material condutor alumínio o rotor girará da mesma forma visto que correntes serão induzidas na superfície do rotor Assim utilizandose o raciocínio simplista de desenrolar essa máquina podemos constatar que a parte da máquina composta por material condutor irá deslizar produzindo movimento translacional Motor de indução linear Visto que essa máquina não produz movimento rotacional o termo rotor não é adequado Desta forma utilizamse os termos Primário ou indutor designa a parte da máquina onde os enrolamentos são energizados para produzir o campo deslizante pode ser estático ou móvel Secundário ou induzido designa a parte da máquina onde as correntes são induzidas devido à ação do campo deslizante pode ser estático ou móvel Existem várias possibilidades de construção do secundário mas de forma geral ele é composto de material ferromagnético para aumentar a densidade de campo magnético e direcionar o fluxo e material condutor geralmente alumínio ou cobre para permitir a indução de correntes Motor de indução linear CONTROLES BÁSICOS DE MOTOR DE INDUÇÃO LINEAR Velocidade controle de freqüência conversor Sentido do movimento inversão de duas fases Frenagem inversão de duas fases Motor Linear de Indução httpwwwyoutubecomwatchvprOrlg8wGE Motor de indução linear APLICAÇÕES Máquinas envolvidas em processos industriais que exigem movimentos lineares Transporte metrotrem Coração artificial sistema de êmbolos Portas deslizantes Bombeamento de líquidos sistema de êmbolo VANTAGENS Não são necessárias partes mecânicas para transformar o movimento rotacional em linear Permitem altas acelerações e velocidades DESVANTAGENS Efeito longitudinal de extremidade Existência de uma força normal Motor de indução monofásico Pequenos motores usados em geladeiras lavadoras de roupa ventiladores condicionadores de ar etc são monofásicos Em geral a potência desses pequenos motores é fracionária ou seja menor do que 1 hp 12hp 13 hp 120hp 130hp Os motores monofásicos mais comuns são do tipo Motor de indução monofásico mais utilizado Motor síncrono monofásico p aplicações com velocidade cte Motor universal motor série CA ou CC aplicações que demandem alto torque de partida ou alta velocidade bastante usado em pequenos eletrodomésticos liquidificador batedeira processadores mixers etc Motor de indução monofásico Rotor parado Pela Lei de Lenz o fluxo produzido no rotor pela gaiola se opõe ao fluxo produzido pelo enrolamento distribuído do estator Não havendo defasagem angular entre os dois campos pulsantes não há produção de torque não há torque de partida Motor de indução monofásico Rotor girando Se o motor estiver girando através da aplicação de um torque externo ou de circuitos auxiliares o motor de indução monofásico produz torque pois criase uma defasagem entre os dois fluxos pulsantes visto que o campo do rotor estará atrasado em relação ao campo do estator no tempo devido à tensão induzida de velocidade s r B kB T Motor de indução monofásico Partida Motores de indução monofásicos não possuem torque de partida devido ao alinhamento no espaço e no tempo entre o campo produzido pelo enrolamento do estator e o campo produzido pelas correntes induzidas no enrolamento do rotor Não havendo defasagem angular entre os dois fluxos pulsantes não há produção de torque s r B kB T Um estator com dois enrolamentos idênticos defasados de 90 graus produz um campo girante com magnitude constante Isto é na presença de dois campos defasados no tempo e no espaço produzidos por enrolamentos no estator temse um campo girante Portanto as principais formas empregadas para partir um motor de indução são baseadas no uso de enrolamentos auxiliares que criam dois campos defasados Motor de indução monofásico Partida Motor de indução monofásico Partida à resistência Um enrolamento auxiliar é usado para proporcionar uma defasagem inicial entre os campos principal e auxiliar de forma a criar um campo girante O enrolamento auxiliar tem alta taxa RX resistência elevada fio fino e baixa reatância poucas espiras de forma a aumentar a defasagem O enrolamento principal tem baixa taxa RX de forma a garantir melhor rendimento em regime permanente e magnetização suficiente para a máquina baixo R e X elevadamuitas espiras Motor de indução monofásico Partida à resistência A defasagem vai ser sempre menor que 90 graus tipicamente em torno de 25o fornecendo torque de partida moderado para baixa corrente de partida Uma chave centrífuga desliga o enrolamento auxiliar a 75 da velocidade nominal Para inverter o sentido de rotação é necessário inverter a ligação do enrolamento auxiliar com a máquina parada não reversível visto que o torque produzido pelo enrolamento auxiliar operação bifásica é menor que o torque produzido pelo enrolamento principal operação monofásica R X principal auxiliar a Bifásica desequilibrada até a abertura da chave centrifuga correntes diferentes nos dois enrolamentos Monofásica a partir do desligamento do enrolamento auxiliar Usada em potências entre 50 e 500W em ventiladores bombas e compressores São de baixo custo A falha da chave centrifuga pode queimar os enrolamentos Motor de indução monofásico Partida à resistência Motor de indução monofásico Partida à capacitor Usase um capacitor em série com o enrolamento auxiliar para aumentar a defasagem inicial entre os campos do enrolamento principal e auxiliar Resulta em maior torque de partida Através do capacitor é possível aproximar a defasagem de 90 graus tipicamente em torno de 82o Produz torque de partida 235 maior que o motor com partida à resistência sen82osen25o Motor de indução monofásico Partida à capacitor Tende a reduzir a corrente de partida pois melhora o fator de potência Capacitor eletrolítico do tipo seco p operação intermitente 1min1h É reversível mudança do sentido de rotação com a máquina em movimento pois a alta defasagem 82 graus faz com que o torque em operação bifásica seja maior do que o torque monofásico R X principal Auxiliar cap a Usada em potências até 75 hp para cargas de difícil partida alto torque de partida ou onde seja necessária a inversão do motor São usados para acionar bombas compressores unidades refrigeradoras condicionadores de ar e máquinas de lavar de maior porte Motor de indução monofásico Partida à capacitor Motor de indução monofásico de polo ranhurado Para motores pequenos até 110 hp A maior vantagem é a simplicidade enrolamento monofásico rotor em gaiola e peças polares especiais Não utiliza chaves centrífugas capacitores ou enrolamentos auxiliares Apresenta torque de partida apenas com um enrolamento monofásico A corrente induzida no anel de cobre do polo ranhurado produz um fluxo atrasado em relação ao fluxo do estator fornecendo a defasagem necessária para a partida da máquina Motor de indução monofásico de polo ranhurado Máquina barata O torque de partida é limitado Não reversível seria necessário desmontar o motor e inverter a posição do polo ranhurado Podese projetar um motor com dupla ranhura uma para cada sentido de rotação da máquina Potência instantânea do motor de indução monofásico A potência instantânea em uma MI monofásica é pulsante com o dobro da frequência da rede o valor médio é positivo Em parte de cada ciclo ocorre a reversão de fluxo devido a interação dos campos direto e reverso Como consequência o nível de vibração e ruído de MI monofásicas é elevado demandando algum sistema de amortecimentoabsorção das vibrações mecânicas Motor de indução monofásico Aplicações típicas Comentários gerais A principal aplicação da máquina de indução é como motor Devido à sua construção mais simples o motor de indução também conhecido como motor assíncrono apresenta um custo menor e também devido à sua robustez manutenções menos frequentes é o motor mais utilizado na indústria principalmente os com rotor tipo gaiola A velocidade do rotor depende da frequência da rede elétrica do número de polos do motor e da carga mecânica a velocidade decresce ligeiramente com o acréscimo de carga Para que a máquina de indução possa atuar como gerador o seu rotor deve ser acionado a uma velocidade superior à velocidade síncrona e uma fonte de energia reativa conectada ao estator garante a magnetização da máquina Esta energia pode ser suprida pela própria rede ou por um banco de capacitores conectado em paralelo ao gerador e à rede elétrica 2788HP 746 2079848 W 2 MW Curiosidade 12 Exercicios 1 Em um motor de indução trifásico com rotor tipo gaiola de esquilo e em outro com rotor do tipo bobinado a velocidade de rotação do eixo pode ser igual à velocidade de rotação do campo girante Justifique fisicamente 2 Analise a seguinte afirmação Para se acionar o motor de indução trifásico com rotor bobinado devese assegurar que os terminais do rotor estejam curtocircuitados Por quê Justifique fisicamente 3 Porque a troca de 2 fases da alimentação de um motor de indução trifásico produz a inversão no sentido de rotação do rotor Justifique fisicamente 4 Se em um processo industrial houver a necessidade de alterar a velocidade do campo girante em um motor de indução trifásico em uso que procedimento você adotaria Justifique Exercicios 5 Em um motor de indução trifásico 4 pólos 60 Hz o escorregamento é de 5 Obtenha a velocidade do rotor 6 Em um motor de indução trifásico 60 Hz a velocidade síncrona é de 900 rpm Obtenha a quantidade de pólos no estator 7 Em um motor de indução trifásico 60 Hz o eixo gira a 1140 rpm Obtenha a velocidade síncrona a quantidade de pólos e o escorregamento 8 Um motor de indução trifásico D 220 V 60 Hz rotor bobinado aciona uma bomba dágua a Qual a importância da seqüência de fases na ligação elétrica do motor Justifique fisicamente b Descreva um método para limitar a corrente na partida Justifique fisicamente Exercicios 9 Numa instalação industrial foi possível identificar em um motor de indução trifásico as seguintes características nominais PN 15 CV U 220 V f 60 Hz e rendimento 83 Para obter o respectivo fator de potência grandeza fundamental para dimensionar os capacitores para a correção do fator de potência o Gerente chamou dois estagiários para resolver o problema O primeiro disse Dême um wattímetro que resolverei o problema O segundo mais modesto disse Com um amperímetro consigo obter a resposta As figuras mostram as ligações feitas e os valores medidos pelos estagiários Apresente os cálculos feitos pelos dois estagiários para determinar o fator de potência