Conversão de Energia II T6CV2/N6CV2 3.a Aula: Descrição Física das Máquinas Elétricas

Descrição Física das Máquinas Elétricas Estator Nas ranhuras internas, mostradas na Fig. 2.1, são alojados três enrolamentos idênticos espaçados de 120º el. Os enrolamentos são normalmente de dupla camada, de passo fracionário, com bobinas distribuídas e podem ter seis, nove ou 12 terminais.

Descrição Física das Máquinas Elétricas A Fig. 2.2 mostra a associação de bobinas em Δ e em Y para um motor de 6 terminais. A numeração apresentada é um padrão comumente usado. Triângulo Estrela

LIGAÇÃO MOTOR DE 6 PONTAS 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 (√3. 220 = 380V) (ver figura 2.1b); (b) (a) Fig. 2.1 – Ligações triângulo e estrela de um motor 6 terminais

Descrição Física das Máquinas Elétricas Para um motor de nove terminais as associações são apresentadas na Fig. 2.3.

Descrição Física das Máquinas Elétricas Para um motor de 12 terminais as associações possíveis são apresentadas na Fig. 2.4.

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

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).

LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS Fechamento Duplo Triângulo:

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:

LIGAÇÃO MOTOR DE 12 PONTAS Fechamento Triângulo:

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:

Placa de Identificação do Motor 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:

Placa de Identificação do Motor → 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 frequência 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.

Rotor Existem dois tipos básicos de construção: 1. Rotor Bobinado ou de Anéis: O rotor possui ranhuras abertas onde são alojados três enrolamentos idênticos e espaçados de 120º el. Três terminais desses enrolamentos são unidos (Y) e os outros três são levados a anéis de cobre montados sobre o eixo e isolados entre si e do eixo, como mostrado na Fig. 2.5. Nos terminais dos enrolamentos, através de escovas deslizantes, um reostato trifásico conectado em Y é usado para inserir resistência elétrica no circuito do rotor. O reostato pode ser operado manualmente ou por meio de um servo-motor.

Rotor 2. Rotor de Gaiola de Esquilo: Neste caso, as ranhuras são fechadas e nelas é injetado alumínio fundido que, depois de resfriado, formará barras condutoras no sentido axial. Nas duas extremidades do pacote magnético são fundidos dois anéis, também de alumínio, interligando os terminais de todas as barras. Costuma-se fundir, juntamente com os anéis, as pás de um pequeno ventilador. A Fig. 2.6 mostra a construção típica do rotor gaiola de esquilo.

Carcaça É feita de ferro fundido e serve de suporte mecânico para o estator, rotor e terminais dos enrolamentos. Nos catálogos de fabricantes, um motor tem sua carcaça indicada por um número. Por exemplo, motores de 1 cv utilizam carcaça 71. Isto significa que a distância (H) entre o ponto de apoio do motor (pé) e o centro da carcaça é de 71 mm. Esta medida fornece uma ideia das dimensões da máquina.

Vista em corte de um motor de indução trifásico com rotor de gaiola.

Outras Partes Motores com rotores bobinados contêm em sua construção anéis e escovas, que têm a função de permitir ligar um ponto do rotor ao exterior. Anéis e escovas constituem pontos das máquinas onde são importantes as preocupações com o desgaste e consequentes custos de manutenção. Anéis e escovas

Outras Partes Mancais e rolamentos são outros itens que levam a custos de manutenção, têm por objetivo apoiar o eixo do rotor na carcaça e facilitar o giro do mesmo (requerem lubrificação para reduzir atrito, o desgaste com o tempo faz com que o motor se torne ruidoso e vibre mais). A fim de evitar o acúmulo de umidade nos enrolamentos estatóricos, motores de grandes potências costumam ter um pequeno circuito auxiliar dentro da carcaça para manter a temperatura a níveis adequados quando o motor não está em funcionamento.

Velocidade Síncrona A velocidade síncrona de um motor é definida como a velocidade de rotação de um campo girante, e é dependente de dois fatores: frequência da rede (f), dada em hertz e do número de pares de polos (p). Construtivamente os enrolamentos podem possuir um ou mais pares de polos que se encontram sempre alternadamente dispostos no enrolamento. A cada ciclo o campo magnético girante percorre um par de polos, assim, a velocidade do campo é dada pela expressão. (1)

Exercicios: 1) Determine a rotação de um motor de 4 polos que opera em uma frequência nominal de 60 Hz.

Velocidade Síncrona Para que exista a formação de pares de polos, o número de polos deverá ser sempre par. Para as “polaridades” e frequências mais usuais, temos as seguintes velocidades síncronas:

Escorregamento Considerando que o rotor esteja girando na velocidade constante de “n” rpm no mesmo sentido que o campo girante do estator, sendo ns rpm a velocidade síncrona do campo de estator, dada pela equação 1. A diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor é citada usualmente como velocidade de escorregamento do rotor.   (2) Onde:   Velocidade de escorregamento   Velocidade sincrona   Velocidade do rotor

Escorregamento O escorregamento (S) é geralmente definido como uma fração da velocidade síncrona.   (3)   (4) (5)

Escorregamento Um motor de indução não pode funcionar com a velocidade síncrona, pois neste caso o rotor estaria estacionário com relação ao campo girante e não seria induzida nenhuma fem no rotor. Por isso, os motores de indução também são classificados como motores assíncronos ou não síncronos. A velocidade do rotor deve ser ligeiramente menor do que a velocidade síncrona, a fim de que seja induzida uma corrente elétrica no rotor e, consequentemente, seja produzido um torque que fará o rotor girar.

Escorregamento Quando um motor gira com uma velocidade diferente da velocidade do campo girante (velocidade síncrona), circularão correntes induzidas no rotor, quanto maior a carga maior será o conjugado necessário para acioná-la. A obtenção de um maior conjugado pode ser conseguida aumentando a diferença entre as velocidades do rotor e do campo girante no estator para que os campos gerados e as correntes induzidas sejam maiores. Na condição do motor trabalhando a vazio (sem carga), o mesmo apresentará uma rotação muito próxima à rotação síncrona.

Escorregamento Com a aplicação de uma carga ao rotor, ocorre a redução da velocidade com o consequente aumento do escorregamento, da frequência da corrente no rotor e da sua força eletromotriz induzida. Com o aumento da corrente induzida no rotor, tem-se um aumento na corrente primária no estator com melhor fator de potência produzindo maior potência mecânica e exigindo maior potência da rede. A condição de equilíbrio entre o torque gerado pelo motor e o torque resistente da carga ocorre quando o motor está à plena carga. O fator de potência varia de 0,8 em motores de baixas potências, próximas a 1 cv, para cerca de 0,95 para motores de maiores potências, acima de 150 cv. Com cargas acima da plena carga, o fator de potência se aproxima de um máximo e então decresce rapidamente

Se o motor atingir a velocidade síncrona, não haverá velocidade relativa, não havendo força eletromotriz induzida e nem torque sobre o rotor. Por consequência, o motor irá desacelerar Para manter a máquina em movimento é preciso que o torque do motor seja igual ao torque resistente. Assim, o MIT deve operar sempre abaixo da velocidade síncrona e sua velocidade será tanto menor quanto maior for a carga acoplada ao seu eixo. A energia é levada do estator para o rotor de forma indutiva, sem contato elétrico. Por essas razões, o motor é conhecido como motor de indução.

Para o MIT: 0≤ s ≤1, o que resulta em:   Rotor bloqueado   A f.e.m. induzida na gaiola é proporcional à velocidade relativa entre a gaiola e o campo girante (Lei de Lenz). Assim, para o rotor bloqueado ( ) a f.e.m. induzida no rotor vale:         Para uma velocidade qualquer:     S        

Escorregamento A frequência da corrente induzida no rotor é dada pelo produto da frequência da corrente no estator pelo escorregamento, ou seja:

A corrente trifásica do estator induz na gaiola corrente trifásica, que da mesma forma que no estator, produz um campo girante de velocidade ( ), produzira no rotor um campo girante denominado :       Onde:   Velocidade do campo girante no rotor   Frequencia do rotor   N.o de polos do motor

Velocidade de escorregamento A velocidade do campo do rotor em relação a estrutura física do rotor é a velocidade de escorregamento Wesc.     Onde:   Velocidade do rotor   Velocidade de escorregamento   Velocidade do campo girante no estator

Em relação ao estator, tem-se:   Onde:   Velocidade do rotor   Velocidade do campo girante no rotor   Velocidade do campo girante no estator

a) A velocidade do campo magnético girante, ns. Exercicio 1 Um motor de indução trifásico de 230 V, 50 Hp, 60 Hz, 6 pólos, entrega a potência nominal com um escorregamento de 5%. Calcular: a) A velocidade do campo magnético girante, ns. b) A frequência da corrente do rotor. c) A velocidade do rotor. d) A tensão induzida na bobina do rotor supondo que a relação de transformação seja 3:1.

Exercício 2: Um estator trifásico de uma máquina de indução de seis polos é alimentado por tensões elétricas trifásicas equilibradas, cuja frequência é 60 Hz. O rotor gira com velocidade igual a 1.020 rpm, no mesmo sentido da velocidadedo campo do estator. Pergunta-se: Qual a velocidade síncrona da máquina em rpm? Qual o escorregamento? Qual a frequência elétrica das tensões induzidas no rotor? Qual a velocidade do campo do estator em relação a estrutura física do estator ? Qual a velocidade do campo do rotor em relação a estrutura física do rotor ? Qual a velocidade do campo do rotor em relação a estrutura física do estator ?

Provar a existência do Campo Girante num Motor Trifásico de Indução Aula Prática: Provar a existência do Campo Girante num Motor Trifásico de Indução https://www.youtube.com/watch?v=VlQiXcK9jWo