Máquinas Elétricas: Motores e Geradores

Prof Ádamo de Sousa Araújo 2023 Universidade Federal de Pelotas Centro de Engenharias Engenharia Agrícola Eletrotécnica MÁQUINAS ELÉTRICAS MOTORES E GERADORES Máquinas elétricas Máquinas elétricas rotativas são conversores rotativos usados para conversão de energia elétrica para energia mecânicamotor e energia mecânica para energia elétricagerador Máquinas elétricas 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑀𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝐸𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑇𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 𝑒 𝑅𝑜𝑡𝑎çã𝑜 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 Acoplamento 𝐺𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑀𝑜𝑡𝑜𝑟 Máquinas elétricas de Corrente Continua CC COMPONENTES DE UMA MÁQUINA CC Rotor Estator Motor Expressa uma relação entre o campo magnético B a corrente i e a força eletromagnética F i B F i B F Gerador direita Motor esquerda REGRA DA MÃO DIREITA E ESQUERDA DE FLEMING PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMENTO DE UMA MAQUINA CC 𝑖 𝑖 𝑖 𝑖 PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMENTO DE UMA MAQUINA CC N S PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMENTO DE UMA MAQUINA CC PRINCIPIO BÁSICO DE FUNCIONAMENTO DE UMA MAQUINA CC N S i B F Máquinas elétricas de Corrente Continua MCC Máquinas elétricas de Corrente Continua MCC Máquinas elétricas de Corrente Continua MCC Máquinas elétricas de Corrente Continua CC Máquinas elétricas de Corrente Continua CC Máquinas elétricas de Corrente Continua CC Máquinas elétricas de Corrente Continua CC Motor CC ESTATOR COMPONENTES DE UMA MÁQUINA CC Rotor Enrolamento da armadura Comutador Eixo da armadura Núcleo da armadura COMPONENTES DE UMA MÁQUINA CC Estator Carcaça Enrolamento de Campo Pólos e interpolos Escovas e anéis suportes Máquinas elétricas CC Vantagens Possui maior manutenção devido aos desgastes entre as escovas com o comutador exceto para os motores brushless É possível acelerar frear e reverter o sentido de rotação de forma rápida Não está sujeito à harmônicos e não possui consumo de potência reativa Permite variar a sua velocidade mantendo seu torque constante Possui um alto conjugado de partida que também conhecido como torque ou força de arranque Os conversores necessários para o seu controle são menos volumosos GERADOR DE CORRENTE CONTÍNUA Aplicação MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS MÁQUINAS ELÉTRICAS DE CORRENTE ALTERNADA MÁQUINAS ELÉTRICAS ROTATIVAS MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO MOTOR DE INDUÇÃO COM ROTOR BOBINADO OU ROTOR DE ANEL DESLIZANTE MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ROTOR BOBINADO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO COM ROTOR BOBINADO E ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO LOW STARTING TORQUE MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS HIGH STARTING TORQUE SLIP RING INDUCTION MOTOR MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Na inicialização a velocidade do rotor é zero Devido a isso o campo magnético cortará o motor a uma taxa muito alta e a frequência do EMF induzido será alta Isso leva a uma grande diferença de fase que causa um torque de partida muito baixo de um motor de indução normal MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS R 𝑿𝑳 Z 𝝋 V I 𝝋 MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS R 𝑿𝑳 Z 𝝋 R 𝑿𝑳 Z 𝝋 V R I 𝝋 V I 𝝋 MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS REDUÇÃO DO ÂNGULO DE FASE MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO COM ROTOR BOBINADO Além do alto torque de partida ele também tem outras vantagens e embora os motores de indução de anel deslizante tenham algumas desvantagens eles desempenham um papel muito importante em elevadores guindastes guinchos e em usos industriais como prensas de impressão Vantagens 1 Baixa corrente de partida 2 Aceleração suave 3 Boa faixa de controle de velocidade Desvantagens 1 Alto custo 2 Construção complicada 3 Mais reparos e manutenção MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS ESTATOR MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS FALTA DE FASE LIG ESTRELA MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS FALTA DE FASE LIG TRIÂNGULO MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS SOBRE CARGA MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS TRAVAMENTO DO MOTOR MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Conjugado máximo Cmax Escorregamento s Conjugado com rotor bloqueado Cp Conjugado mínimo Cmin Conjugado nominal Cn Rotaçao nominal Nn Rotaçao nS Conjugado MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS 𝑃 3 𝑉𝐿 𝐼 cos 𝜑 𝜂 É a energia elétrica que o motor absorve da rede de alimentação transformandoa em energia mecânica na ponta do eixo No caso de motores de indução por ser uma carga indutiva e resistiva este absorverá um potência aparente isto é uma parcela de corrente fornecerá potência útilkW e a outra parcela serve para magnetização chamada potência reativa kvar POTÊNCIA ABSORVIDA MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Escorregamento MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Em um motor elétrico cada bobina cria dois polos magnéticos um polo sul e um polo norte e isso acontece em cada uma das fases Então um motor trifásico com 3 bobinas vai ter dois polos por bobina sendo conhecido como motor de dois polos Portanto os motores trifásicos podem ter 2 4 6 8 ou mais polos mas sempre em números pares e dependendo da quantidade de bobinas enroladas Polos MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Polos MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Polos MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Motor Monofásico MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS Motor Monofásico MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO Motor Monofásico MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS httpswwwyoutubecomwatchvAA90DsnwYg MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO CHAVE CENTRIFUGA MÁQUINAS ELÉTRICAS ASSÍNCRONAS MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO CAPACITOR DE PARTIDA MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS As máquinas síncronas são as mais importantes fontes de geração de energia elétrica Aproximadamente 99 de toda a potência é gerada por máquinas síncronas MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Usina Hidroelétrica MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Usina Termoelétrica MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Estator Rotor MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS ESTATOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Rotor de Relutância Rotor de imãs Permanentes Rotor de polos lisos Rotor de polos salientes ROTOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS 1 Disco de Acoplamento 2 Bucha de acoplamento 3 Flange 4 Ventilador 5 Rotor Principal 6 Rotor da Exitatriz 7 Caixa de Ligação 8 Carcaça 9 Tampa da caixa de ligação 10 Estator da Exitatriz 11 Tampa Traseira 12 Veneziana Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Motor Trifásico MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Mineração britadores moinhos correias transportadoras e outros Siderurgia laminadores ventiladores bombas e compressores Papel e celulose extrusoras picadores desfibradores compressores descascadores e refinadores Saneamento bombas Química e petroquímica compressores ventiladores exaustores e bombas Cimento britadores moinhos e correias transportadoras Borracha extrusoras moinhos e misturadores Transmissão de energia compensadores síncronos MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Aplicações GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR SÍNCRONO POLOS SALIENTES POLOS LISOS MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Usina Termelétrica Máquinas de eixo horizontal Rotor cilíndricos e de pouco diâmetro Usualmente de 2 ou 4 pólos Velocidade e 18003600RPM Um dos tipos mais importantes de máquinas elétricas rotativas Geradores síncronos são utilizados em usinas hidrelétricas e termelétricas Usina Hidrelétrica Máquinas de eixo vertical Rotor e pólos salientes e de grande diâmetro Grande número de polos Velocidade e 100360RPM MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS GERADOR SÍNCRONO POLOS SALIENTES Velocidades baixas Muitos Polos Usina hidrelétricas Velocidades médias Quatro a doze polos Turbina a diesel gás Polos salientes MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Gerador síncrono Polos Lisos GERADOR SÍNCRONO POLOS LISOS Velocidades altas Dois ou quatros polos Usina a vapor nucleares e termoelétricas Polos lisos GERADOR SÍNCRONO IMÃS PERMANENTES MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Potência Elétrica Potência Mecânica Perdas MOTOR GERADOR Perdas parasitas Perdas por fricção nos rolamentos Perdas no núcleo Perdas no cobre MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS RELAÇÃO CONJUGADO X ROTAÇÃO MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS USINA DE CANDIOTA MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS USINA DE ITAIPU MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS USINA DE ANGRA I MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS CARRO ELÉTRICO MÁQUINAS ELÉTRICAS SÍNCRONAS Prof Ádamo de Sousa Araújo 2022 Universidade Federal de Pelotas Centro de Engenharias Engenharia Agrícola Eletrotécnica MÁQUINAS ELÉTRICAS MOTORES E GERADORES