Conversão de Energia II – T6CV2

Apresentação em tema: "Conversão de Energia II – T6CV2"— Transcrição da apresentação:

1 Conversão de Energia II – T6CV2
Prof. Dr. Cesar da Costa 1.a Aula: Motores Elétricos de Indução

2 INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS
As máquinas elétricas podem ser classificadas em dois grupos: Geradores: que transformam energia mecânica oriunda de uma fonte externa (como a energia potencial de uma queda d’água ou a energia cinética dos ventos) em energia elétrica (tensão); Motores: que produzem energia mecânica (rotação de um eixo) quando alimentados por uma tensão (energia elétrica).

3 INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS
Exemplo de Gerador Elétrico

4 INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS
Exemplo de Motor Elétrico

5 Geradores e motores só se diferenciam quanto ao sentido de transformação da energia, possuindo ambos a mesma estrutura básica.

6 Um elemento fixo, chamado estator:
ESTRUTURA DO MOTOR Um elemento fixo, chamado estator:

7 ESTRUTURA DO ESTATOR É construído com chapas de material magnético e recebe o enrolamento de campo, cujas espiras são colocadas em ranhuras, como mostra a Figura 7.7. O enrolamento de campo pode ser mono ou trifásico. A maneira como esse enrolamento é construído determina o número de pólos do motor, entre outras características operacionais. Suas pontas (terminais) são estendidas até uma caixa de terminais, onde pode ser feita a conexão com a rede elétrica de alimentação.

8 Um elemento móvel, capaz de girar chamado rotor:
ESTRUTURA DO MOTOR Um elemento móvel, capaz de girar chamado rotor:

9 ESTRUTURA DO ROTOR Aqui é montado o enrolamento de armadura; no caso mais comum, êle é constituído de condutores retilíneos interligados nas duas extremidades por anéis de curto-circuito, o que lhe dá a forma de uma gaiola. Existe um outro tipo de rotor, dito bobinado, onde os terminais das fases do enrolamento de armadura são ligados a anéis deslizantes, permitindo a inserção de elementos que auxiliam na partida do motor. Rotor tipo gaiola de esquilo Rotor bobinado

10 Elementos de um Motor Trifásico de Indução

11 Tipos de Máquinas Elétricas

12 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
Na região em torno de um ímã acontecem alguns fenômenos especiais, como a atração de fragmentos de ferro ou o desvio da agulha de uma bússola. Diz-se que nesta região existe um campo magnético, o qual pode ser representado por linhas de indução. Também ao redor de um condutor percorrido por corrente elétrica existe um campo magnético, cuja intensidade é diretamente proporcional ao módulo da corrente. Este campo pode ser intensificado se este condutor for enrolado, formando uma bobina ou enrolamento. Nesses casos, a intensidade do campo magnético é diretamente proporcional à corrente

13 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO

14 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
Campos magnéticos são mensurados através de uma grandeza chamada indução magnética (simbolizada pela letra B), cuja unidade no SI é o Tesla (T). O valor de B é maior nas regiões onde as linhas estão mais concentradas. Denomina-se fluxo magnético (símbolo ) ao número de linhas de indução que atravessa a superfície delimitada por um condutor (uma espira, por exemplo). Esta grandeza é medida em Webbers (Wb), no SI.

15 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUCAO
Em 1831, Michael Faraday descobriu que quando o fluxo magnético em um enrolamento varia com o tempo, uma tensão u é induzida nos terminais da mesmo; o valor desta tensão é diretamente proporcional à rapidez com que o fluxo varia. Então, a Lei de Faraday (ou Lei da Indução Eletromagnética) pode ser expressa por: Taxa de variaçãoo do fluxo magnetico Número de espiras

16 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
Se os pólos de um ímã forem postos a girar ao redor de uma espira, como representado na Figura, o fluxo nesta varia com o tempo, induzindo uma tensão entre seus terminais; se estes formarem um percurso fechado, haverá neles a circulação de uma corrente induzida i.

17 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
No estudo do Eletromagnetismo, aprende-se que se um condutor estiver imerso em um campo magnético e for percorrido por uma corrente elétrica, surge uma força de interação dada por: Forca de interacao Valor da indução magnetica Corrente no condutor Comprimento da espira É esta força que produz um conjugado nos lados da espira, fazendo-a girar (ação de motor).

18 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
A Figura 7.5 mostra os campos magnéticos formados pela alimentação trifásica em um motor, no qual os enrolamentos de campo estão localizados no estator.

19 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO
O campo magnético de cada fase é representado por um vetor e a soma vetorial dos mesmos dá o campo resultante. Observa-se que o efeito é o de um ímã girando ao redor do rotor, produzindo a ação de motor, tal como descrita no parágrafo anterior. A velocidade com que esse campo girante opera é chamada velocidade síncrona (ns), dada por: Frequencia da rede (Hz) Numero de polos do motor

20 Campo Girante O motor de indução é um motor que baseia o seu princípio de funcionamento na criação de um campo magnético rotativo. A partir da aplicação de tensão alternada trifásica no estator, consegue produzir-se um campo magnético rotativo (campo girante), que atravessa os condutores do rotor.

21 Campo Girante Este campo magnético variável induz no rotor F.E.Ms (Força Eletromotriz) que, por sua vez, criam o seu próprio campo magnético girante. Este campo magnético girante criado pelo rotor, ao tender a alinhar-se com o campo girante do estator, produz um movimento de rotação no rotor.

22 A velocidade de rotação do rotor é ligeiramente inferior à velocidade de rotação do campo girante do estator, não estando por isso o rotor sincronizado com esse campo girante Estator Rotor

23 Num motor de indução, a velocidade de rotação é diferente da velocidade de sincronismo. Este fato deve-se porque existe uma diferença de velocidade entre o rotor e o campo girante do estator. A esta diferença de velocidade dá-se o nome de escorregamento e pode ser calculado por:

24 Escorregamento (s): Onde:

25 LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS

26 LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS
Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito, portanto exige da rede elétrica uma corrente de partida muito maior que a nominal, podendo atingir cerca de 8 vezes o valor da mesma. As altas correntes de partida causam inconvenientes, pois, exige dimensionamento de cabos com diâmetros bem maiores do que o necessário. Além disso, pode ocorrer quedas momentâneas do fator de potência , que é monitorado pela concessionária de energia elétrica, causando elevação das contas de energia.

27 LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS
Para evitar estas altas correntes na partida, existem métodos de acionamentos de motores elétricos, que proporcionam uma redução no valor da corrente de partida dessas máquinas, tais como: Partida estrela-triângulo; Partida série-paralela; Partida por autocompensador; Partida por Soft Starter; Partida por Inversor de Frequencia.

28 LIGAÇÃO MOTOR DE 6 PONTAS
Os motores de indução podem ser adquiridos com 3, 6, 9 ou 12 terminais externos. No caso do motor de 6 terminais existem dois tipos de ligação: 1 → Triângulo: Com a tensão nominal do enrolamento de fase igual a 220 V (ver figura 2.1a); Estrela: Com o enrolamento conectado em estrela a tensão de linha passa a ser √3 vezes a tensão do enrolamento em Δ (√ = 380V) (ver figura 2.1b); (b) (a) Fig. 2.1 – Ligações triângulo e estrela de um motor 6 terminais

29 LIGAÇÃO MOTOR DE 6 PONTAS
2 → Triângulo: Com a tensão nominal do enrolamento de fase igual a 380 V; Estrela: Com o enrolamento conectado em estrela a tensão de linha passa a ser √3 vezes a tensão do enrolamento em Δ (√ = 660V). (a) (b) Fig. 2.1 – Ligações triângulo e estrela de um motor 6 terminais

30 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
No caso do motor de 12 terminais, existem quatro tipos possíveis de ligação: Triângulo em paralelo: a tensão nominal é 220 V (ver figura 2.2) Estrela em paralelo: a tensão nominal é 380 V (ver figura 2.2) Triângulo em série: a tensão nominal é 440 V (ver figura 2.2) Estrela em série: a tensão nominal é 760 V (ver figura 2.2) Fig. 2.2 – Ligações estrela – triângulo em um motor de 12 terminais

31 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
A união dos terminais segue uma determinada ordem padrão. Existe uma regra prática para fazê-lo: numera-se sempre os terminais de fora com 1, 2 e 3 e ligam-se os terminais restantes. No caso do motor de 12 terminais deve-se ainda associar as séries e os paralelos com as bobinas correspondentes, como por exemplo (1-4 com 7-10).

32 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
Fechamento Duplo Triângulo:

33 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
Fechamento Duplo Estrela: Com a Tensão de Linha de 380V representadas em R, S e T temos, respectivamente, as Tensões de Fase de 220V em cada uma das bobinas, sendo que:

34 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
Fechamento Triângulo:

35 LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS
Fechamento Estrela: Os conjuntos de bobinas são associados em série a fim de garantir a distribuição da tensão de fase de forma proporcional a cada uma. Sendo a tensão de Linha (Alimentação ) de 760V podemos deduzir que a tensão de fase será de 440V:

36 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Funções principais do controle: As funções principais do controle de um motor são: partida, parada, direção de rotação, regulação da velocidade, limitação da corrente de partida, proteção mecânica e proteção Elétrica. Partida Um motor só começa a girar quando o momento de carga a ser vencido, quando parado, for menor do que seu conjugado de partida. Parada Em determinadas aplicações há necessidade de uma rápida desaceleração do motor e da carga. Ao ser desligado, o motor da linha de alimentação utiliza-se um dispositivo de inversão de rotação com o motor ainda rodando. A parada ou desligamento do motor da rede efetua-se através de um relé impedindo-o de partir na direção contrária. No caso de motores síncronos emprega-se frenagem dinâmica.

37 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Sentido de rotação A maior parte dos motores (exceto alguns, por exemplo: motores monofásicos, como o de pólo sombreado e o de repulsão) podem ser empregados nos dois sentidos de rotação dependendo apenas de um controle adequado. Regulação da velocidade Os motores de C.A., exceto os universais, são máquinas de velocidade constante. Há, entretanto, possibilidade de serem religadas as bobinas do estator de um motor de indução, de tal maneira a duplicar o número de pólos e, desta forma, reduzir a velocidade à metade, onde os estatores podem ser construídos com dois enrolamentos independentes, calculados para o número de pólos que se deseja, conseguindo-se por meio de pólos reversíveis (variação de pólos) e com reduzido número de conexões variar a velocidade síncrona do motor.

38 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Cada um destes bobinados pode então ser ligado de forma a possibilitar duas velocidades, na razão de 2:1, obtendo-se assim quatro velocidades síncronas independentes; contudo, não poderão proporcionar quaisquer velocidades intermediárias. Com motores de indução de rotor bobinado é possível obter-se qualquer velocidade desde zero até aproximadamente a velocidade de sincronismo, mediante a variação de uma simples resistência ligada ao bobinado do rotor, e que não implica em aquecimento do mesmo, pois, as perdas na resistência são externas ao motor. Um outro método de regulação da velocidade dos motores de C.A., que permite obter no eixo uma velocidade que pode ir desde zero até o dobro da velocidade síncrona, é pelo conhecido sistema do rotor com comutador, através de decalagem das escovas.

39 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Outra possibilidade de alteração de velocidade nos motores de indução é através do inversor de frequência, o qual possibilita o controle do motor CA variando a frequência, mas também realiza a variação da tensão de saída para que seja respeitada a característica V/F ( Tensão / Frequência) do motor. Nos motores de corrente contínua, a velocidade pode ser regulada pela inserção de um reostato no circuito de campo, para proporcionar ajustes no fluxo.

40 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Limitação da corrente de partida A ligação dos motores a uma rede elétrica pública deve observar as prescrições para este fim, estabelecido por norma. Normalmente, procura-se arrancar um motor a plena tensão a fim de se aproveitar ao máximo o binário de partida. Quando o arranque a plena tensão de um motor elétrico provoca uma queda de tensão superior à máxima admissível, deve-se recorrer a um artifício de partida com tensão reduzida, tendo porém o cuidado de verificar se o torque é suficiente para acionar a carga.

41 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Há dois métodos para reduzir a tensão na partida: Fornecer corrente à tensão normal, fazendo-se com que o motor, temporariamente, seja conectado à rede, com o enrolamento para uma tensão superior, empregando-se o sistema de partida em estrela-triângulo; b) Fornecer corrente em tensão abaixo da normal por meio de resistências, indutâncias ou autotransformador. Todos os sistemas de partida com tensão reduzida apresentam (em oposição à vantagem da redução da corrente) a desvantagem de que o momento ou conjugado de arranque reduz-se na proporção do quadrado da redução da tensão fornecida ao motor.

42 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Proteção Mecânica Os motores devem ser protegidos tanto para a proteção do pessoal de serviço como contra influências prejudiciais externas para o próprio motor, devendo satisfazer aos requisitos de segurança, prevenção de acidentes e incêndios. A carcaça do motor serve para fixá-lo no local de trabalho e protegê-lo conforme o ambiente onde será instalado. É construída de maneira a englobar as diversas modalidades de proteção mecânica para satisfazer às exigências das normas, referentes às instalações e máquinas para as quais serão destinados os motores. Basicamente, entretanto, as proteções mecânicas classificam-se em três categorias: à prova de pingos e respingos, totalmente fechados e à prova de explosão.

43 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Proteção Mecânica Motor à prova de pingos e respingos – todas as partes rotativas, ou sob tensão, são protegidas contra água gotejante de todas as direções, não permitindo a entrada direta ou indireta de gotas ou partículas de líquidos ou objetos sólidos que se derramem ou incidam sobre o motor. Motor totalmente fechado – Este tipo de motor é de tal forma encerrado que não há troca do meio refrigerante entre o exterior e o interior do invólucro, não sendo necessariamente estanque. Dependendo das características requeridas, tais motores podem dispor ou não de ventilador para refrigeração. Motor à prova de explosão – São motores construídos para serviço em ambientes saturados de gases e poeira, suscetíveis ao perigo de inflamação rápida, não podendo provocar a mesma, quer por meio de faísca ou pelo alto aquecimento. Seu invólucro resiste a explosões de gases ou misturas explosivas especificadas no seu interior, e impede que uma atmosfera inflamável circundante sofra ignição por isso.

44 CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS
Proteção elétrica Como todo motor está sujeito a sofrer variações do ponto de vista elétrico, há, portanto, conveniência em protegê-lo. Em geral, as proteções principais necessárias são contra: curto-circuito, sobrecargas, baixa tensão, fase aberta, reversão de fase, defeitos internos etc. Os dispositivos de proteção fazem operar os mecanismos de desligamento no caso de existir uma predeterminada condição.

45 Seqüência genérica para o acionamento de um motor

46 Reles de Proteção de Sobrecarga (Reles Termicos)

47 Reles de Sobrecorrente contra Correntes de Curto-circuito (Inteligentes).
Número de partidas; Horas de funcionamento do motor; Horas de funcionamento do relé; Nível de desbalanceamento de corrente das fases; Nível de desbalanceamento de tensão; Corrente de falta à terra interno; Corrente de fuga à terra; Fator de potência; Potência ativa / reativa / aparente; Nível de falta a terra.

48 Reles de Sobrecorrente contra Correntes de Curto-circuito (Inteligentes).
Corrente RMS de cada fase e média em Ampéres (A) ou % da corrente ajustada In; Tensão de linha e média em Volts (V); Frequência do motor; Número total de desarmes; Número de desarmes por tipo de falha; Número de partidas Horas de funcionamento do motor.

49 Contatores

50 Alem dos contatos principais, um contator possui contatos auxiliares dos tipos NA e NF, em numero variável e informado no respectivo catalogo do fabricante. (Lembrando: NA significa Normalmente Aberto e NF, Normalmente Fechado).

51 Placa de Identificação
Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa de identificação, que traz informações importantes e, algumas estão listadas a seguir: → CV: Potência mecânica do motor em cv. É a potência que o motor pode fornecer, dentro de suas características nominais. → Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal; → Hz: Freqüência da tensão de operação do motor; → RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação

52 Placa de Identificação
→ RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação; → V: Tensão de alimentação; → A: Corrente que o motor absorve da rede quando funciona à potência nominal, sob tensão e frequência nominais’; → F.S: Fator de serviço: Fator que aplicado à potência nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob condições especificadas.

53 Placa de Identificação

54 Placa de Identificação

55 Circuito de potência Circuito de comando

56 Exercício 1: No circuito mostrado na figura (1), existem quantas botoeiras de comando? Existe alguma situação onde os contatores K1 e K2 possam estar ligados simultaneamente? Se sim, explique como.

57 Exercício 2: Explique o funcionamento do circuito de comando apresentado.

58 Exercício 3: Explique o funcionamento do circuito abaixo: