Conversão de Energia II T6CV2/N6CV2

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1 Conversão de Energia II T6CV2/N6CV2
2.a Aula: Principio de Funcionamento de um Motor Trifásico de Indução

2 4. Produção do Torque Eletromagnético
Do ponto de vista eletromagnético a máquina elétrica é dividida em duas partes: Indutor ou Campo – responsável pela magnetização do circuito magnético da máquina; Induzido ou Armadura – é o local onde ocorre a conversão eletromecânica de energia.

3 4. Produção do Torque Eletromagnético
Quando o enrolamento da armadura é alimentado, é estabelecido um campo magnético girante, resultante dos campos pulsantes gerados em cada fase, estabelecidos pelas tensões defasadas de 120° elétricos, e pela defasagem de 120° geométricos entre os enrolamentos da armadura. As linhas de força, produzidas pelo campo magnético girante, cortam os condutores (barras) do rotor, induzindo nestes uma força eletromotriz, portanto, o enrolamento da armadura constitui um circuito eletromagnético responsável por induzir uma força eletromotriz nos condutores do rotor.

4 4. Produção do Torque Eletromagnético
A força eletromotriz induzida dá origem às correntes alternadas no circuito do rotor. Estas correntes geram campos magnéticos em volta dos condutores do rotor. Estes campos magnéticos interagem com aqueles produzidos na armadura pelo campo girante, gerando forças de atração e repulsão nos condutores do rotor, impulsionando este no mesmo sentido de giro do campo magnético girante. O termo “assíncrono” presente no nome deste motor é devido ao seu funcionamento, porque a rotação do rotor não é sincronizada com a do campo magnético girante.

5 4. Produção do Torque Eletromagnético
A velocidade do rotor é sempre inferior à velocidade do campo girante, isto é, a velocidade síncrona. O funcionamento do motor assíncrono depende desta diferença de velocidades, chamada escorregamento. Se o rotor atingisse a velocidade síncrona, seus condutores não seriam cortados pelas linhas de força do campo girante, e consequentemente, não surgiriam as correntes induzidas e o torque do motor seria nulo.

6 4. Produção do Torque Eletromagnético
O motor assíncrono também é conhecido como motor de indução. O termo “de indução” vem do fato de que a corrente no rotor não provém diretamente de uma fonte de alimentação, mas é induzida nele pelo movimento relativo dos condutores do rotor e do campo girante. O motor de indução pode ser comparado com um transformador, onde o enrolamento da armadura seria o enrolamento primário, e os condutores do rotor constituiriam o enrolamento secundário. No motor assíncrono ou de indução, o rotor possui vários condutores conectados em curto-circuito no formato de uma "gaiola de esquilo“.

7 O campo magnético variável no estator, induz correntes senoidais nos condutores da gaiola do rotor.
Estas correntes induzidas, por sua vez, criam um campo magnético no rotor que se opõe ao campo indutor do estator ( Lei de Lenz ). Como os pólos de mesmo nome se repelem, então há uma força no sentido de giro no rotor. O rotor gira com uma velocidade n um pouco inferior à velocidade síncrona, isto é, a velocidade da corrente do campo. Como é um pouco inferior, diz que este motor é assíncrono, isto é, sem sincronia.

8 4.1. Campo Magnético Girante
O campo magnético girante, produzido no estator, gira na velocidade síncrona, e esta velocidade depende apenas da frequência da tensão aplicada ao estator, e do número de pólos da máquina. O número de rotações por minuto (RPM) do campo magnético girante pode ser calculado através da equação.

9 4.1. Campo Magnético Girante
No rotor, a rotação varia de acordo com a carga aplicada ao eixo. Quanto maior é a carga, maior é o escorregamento, consequentemente, menor é a rotação. O número de rotações por minuto do rotor pode ser calculado através da equação. O escorregamento pode ser calculado através da equação.

10 Princípio das Máquinas Elétricas Rotativas

11 5. Aspectos Construtivos de Máquinas Elétricas
5.1 Terminologia associada a bobinagem de MIT Espira – Uma volta de fio. Bobina- Várias espiras do mesmo tamanho, colocadas numa mesma ranhura. Grupo- Uma ou mais bobinas que formam os polos. Fase- É constituída por grupos. Conjunto- Corresponde ao conjunto das três fases juntas, isto é, todo o bobinado do motor para motores trifásicos. Para motores monofásicos é formado pela fase principal e pela auxiliar. Passo- Indica o tamanho de cada bobina. É o número de ranhuras existentes entre os dois lados de uma mesma bobina. Passo Polar – Distância (em radianos elétricos) entre polo norte e sul adjacentes, por outras palavras, pode ser definido como o ângulo de abrangência de um polo magnético (Ex. 360 / nº de polos).

12 5. Aspectos Construtivos de Máquinas Elétricas
5.1 Terminologia associada bobinagem de MIT Bobina de passo pleno (ou passo inteiro) – Bobina que tem os seus lados afastados de 180 graus elétricos. Bobina de passo fracionário (ou passo encurtado) - Bobina que tem os seus lados afastados de menos de 180 graus elétricos. Enrolamento distribuído – Enrolamento no qual o número de grupos de bobinas (ou número de bobinas por pólo/fase) é maior que um. Enrolamento Concentrado – Enrolamento no qual o número de grupos de bobinas (ou número de bobinas por pólo/fase) é unitário. Passo da fase – Passo das fases determina o ângulo ou a distância entre as ranhuras em que estão colocadas as entradas das fases do enrolamento.

13 5. Aspectos Construtivos de Máquinas Elétricas
5.2 Enrolamentos Basicamente os enrolamentos são compostos por espiras de fio magnético enroladas em forma de mola sobre um núcleo cerâmico, metálico ou mesmo sem um núcleo (chamado de núcleo de ar). Procura-se projetar os enrolamentos das máquinas de campo girante para que produzam fluxo magnético com distribuição espacial o mais próximo possível da forma senoidal. Nas máquinas de entreferro uniforme, os enrolamentos de estator e rotor têm as suas bobinas convenientemente distribuídas em ranhuras.

14 5.2 Enrolamentos A melhor maneira de associar vários condutores de um enrolamento é distribuindo-os em bobinas, e a distribuição das bobinas deve ser feita de tal maneira que as mesmas formem grupos. Pode-se pensar que um conjunto é formado pelas fases do motor, cada fase é formada por grupos, cada grupo por sua vez é formado por bobinas e cada bobina é formada por espiras.

15 5.2 Enrolamentos As bobinas de cada grupo são interligadas entre si, sendo que cada grupo possui uma entrada e uma saída (duas pontas). As bobinas que constituem os grupos são distribuídas uniformemente nas ranhuras do estator para criarem o campo magnético. O campo magnético é obtido pela aplicação de um sistema trifásico de tensões em três circuitos idênticos mas electricamente independentes entre si, isto é, três enrolamentos separados, um para cada fase da rede de alimentação. Cada fase vai alimentar um determinado número de bobinas dispostas no estator de tal forma que as mesmas quando alimentadas resultem num sistema de bobinas distribuídas simetricamente e desfasadas umas em relação às outras de 120 graus elétricos.

16 Espira: Uma espira é um tipo de circuito elétrico que possui diversas funções voltadas, principalmente, à produção de campo magnético, eletricidade e energia mecânica. É componente dos geradores de energia elétrica, assim como dos motores elétricos , formada por dois condutores interligados e com dois terminais acessíveis.

17 Bobina: Conjunto de espiras interligadas em série.

18 Grupo de Bobina: Uma ou mais bobinas formando os polos magnéticos do motor.

19 Enrolamento de MIT

20 5.2. Enrolamentos: A maneira mais conveniente de associar os vários condutores de um enrolamento é distribuí-los em bobinas. A distribuição das bobinas deve ser feita de tal modo que formem grupos. As bobinas de cada grupo são ligadas entre si, apresentando cada grupo um princípio e um fim, e colocadas uniformemente nas ranhuras do núcleo do estator para criar o campo magnético.

21 5.2 Enrolamentos: Cada fase tem um número determinado de bobinas, que são dispostas no estator e interligadas de tal forma que resulte um sistema de bobinas deslocadas umas em relação às outras de um ângulo de 120°elétricos. Ao serem alimentados os três enrolamentos por um sistema trifásico simétrico decorrentes, cada bobina do estator considerada isoladamente atua como o enrolamento primário de um transformador, produzindo um campo magnético alternado de direção fixa

22 5.2 Enrolamentos: O número de ranhuras por polo e por fase no rotor é diferente do estator. Porque se fossem iguais, ao coincidir em repouso as ranhuras do rotor com a posição das ranhuras do estator haveria um ponto de mínima relutância. E não se conseguiria dar partida na máquina, limitando-se a funcionar como um transformador.

23 5.2 Enrolamentos: Frequentemente são empregadas no rotor dos motores de indução ranhuras inclinadas com relação a seu eixo geométrico. Porque com este arranjo melhora-se o problema da relutância, obtêm-se forças eletromotrizes induzidas que se aproximam mais da forma senoidal. Reduzem-se alguns harmônicos e ruídos de indução magnética

24 As ranhuras podem ser divididas em três classes: Ranhuras abertas;
Ranhuras semi-fechadas; Ranhuras fechadas. .

25 Nos motores de grande potência usam-se ranhuras abertas
porque oferecem a vantagem de permitir a instalação de bobinas pré-fabricadas (e de fios de seção retangular) e previamente isoladas, antes de introduzidas nas ranhuras. ranhuras abertas

26 5.3. Ranhuras: As ranhuras semi-fechadas são empregadas em quase todos os motores de indução, porque a área efetiva da face dos dentes é maior e isso reduz a intensidade da corrente de magnetização e a relutância do entreferro. Com isto, a máquina apresenta uma eficiência maior e um fator de potência melhor, os torques de partida diminuem, além disso o motor ganha termicamente certa reserva na potência, podendo ser mais carregado. ranhuras semi-fechadas

27 5.3. Ranhuras: Nos tipos de ranhuras semi-fechadas , cada condutor deve ser colocado separadamente no seu lugar, um, dois ou vários de cada vez, o que é mais demorado e mais difícil a aplicação do isolamento. As ranhuras fechadas são utilizadas no rotor de motores de indução. • Máquinas de baixa tensão: condutores distribuídos aleatoriamente e ranhuras semi - fechadas; • Máquinas de alta tensão: condutores uniformemente distribuídos e ranhuras abertas;

28 5.4 Tipos de Enrolamentos:
Os tipos de enrolamentos das máquinas de corrente alternada classificam-se em dois tipos gerais: Enrolamento concêntricas ou em espiral; Enrolamento imbricado.

29 5.4 Tipos de Enrolamentos:
Quando os enrolamentos de um determinado motor são concêntricos (figura b), as bobinas têm passos diferentes, as cabeças das bobinas são alojadas umas no interior das outras sem se cruzarem. No caso de os enrolamentos serem imbricados (figura a) as bobinas têm todas o mesmo passo, as cabeças das bobinas cruzam-se.

30 Enrolamento em Espiral ou Concêntrico
É aquele no qual as bobinas ligam-se de modo a formar um enrolamento em espiral. As bobinas devem ter um passo menor que o passo pleno, no entanto este enrolamento não possui as propriedades de um enrolamento de passo encurtado, enrolamento pouco usado.

31 Enrolamento concêntrico: as bobinas de um mesmo grupo têm passos diferentes (uma dentro da outra) e as cabeças de bobina não se cruzam. A Figura mostra um exemplo de enrolamento concêntrico.

32 Enrolamento Imbricado
O enrolamento imbricado, também conhecido como diamante ou coroa, é o que se adota quase exclusivamente e se subdivide em duas classes: enrolamento imbricado a passo pleno e enrolamento a passo fracionário (encurtado).

33 Enrolamento imbricado: todas as bobinas têm o mesmo passo e as cabeças de bobina se cruzam dentro de um mesmo grupo. A Figura 3.1.b mostra o exemplo de um enrolamento imbricado.

34 Aspectos Construtivos de Máquinas Elétricas

35 Aspectos Construtivos de Máquinas Elétricas

36 Aspectos Construtivas das Máquinas Elétricas

37 Aspectos Construtivas das Máquinas Elétricas

38 Aspectos Construtivas das Máquinas Elétricas
Passo polar: Distância (em radianos elétricos) entre polos norte e sul adjacentes.

39 Aspectos Construtivas das Máquinas Elétricas

40 Solução:

41 Solução:

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43 Solução:

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46 Dicas para Rebobinagem de Motores Elétricos
Dicas para Rebobinagem de Motores Elétricos. Manual de Bobinagem de Motor Trifásico. Consulte link abaixo.