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Conversão de Energia II
Aula 3.4
Motor de Indução Trifásico
Prof. João Américo Vilela
Departamento de Engenharia Elétrica
Torque x velocidade
Conversão de Energia II
Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
Com o rotor parado a frequência do rotor é igual a frequência do estator, à
medida que o motor acelera, a frequência da tensão induzida no rotor
diminui até um valor muito baixo 2 ou 3 [Hz] a plena carga.
A variação da frequência da tensão
induzida no rotor poder ser utilizada
para variar a impedância do rotor,
através do efeito indutivo do fluxo de
dispersão da ranhura sobre a
distribuição de corrente nas barras
do rotor.
Esse efeito é similar ao efeito
pelicular de condutores submetidos a
correntes alternadas.
Conversão de Energia II
Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
O campo de dispersão de uma ranhura é produzido pela corrente que
circula na barra presente dentro da ranhura. Esse campo é representado
na figura abaixo.
Quanto maior o número de linhas de campo circundando numa dada área
da barra condutora maior a indutância nessa região. Dessa forma, a
indutância aumenta nas regiões mais profundas da barra.
Conversão de Energia II
Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
Quanto maior a frequência da tensão induzida na barra maior a influência
da indutância na barra, fazendo com que a corrente se concentre na
região mais superficial da barra condutora. Reduzindo a área para
circulação da corrente e por conseqüência aumentando a resistência da
barra.
A figura apresenta o aumento da resistência com a frequência devido a
esse efeito pelicular numa barra de rotor retangular feita de cobre com 2,5
[cm] de profundidade.
Conversão de Energia II
Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
Na barra retangular profunda a resistência do rotor na partida é três vezes
maior que quando operando na frequência nominal.
Para maximizar esse efeito pode-se utilizar uma dupla gaiola de esquilo
curto-circuitadas por anéis nas extremidades.
A barra superior tem seções retas menores do que as barras inferiores e
consequentemente têm uma resistência mais elevada.
Na partida do motor a corrente se concentra na barra superior onde existe
uma elevada resistência. Em regime operando com baixa frequência a
corrente se concentra na barra inferior que apresenta menor resistência.
Conversão de Energia II
Conversão de Energia II
Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
A forma das barras influência diretamente na curva de torque pela
velocidade do rotor.
a) Classe A; b) Classe B; c) Classe C; d) classe D
Um projeto adequado das barras permite boas características de partida,
sem comprometer demasiadamente a operação em condições nominais.
Conversão de Energia II
Exercícios 1
Marcar com “V” as questões verdadeiras e com “F” as falsas:
( ) A Fig. 1.a apresenta duas configurações de barras do rotor e a Fig. 1.b
duas curvas de torque versus velocidade. Sabendo-se que cada configuração da
barra do rotor corresponde a uma curva de conjugado, podemos afirmar que a
configuração (a) corresponde a curva de número um e a configuração (b) a curva de
número dois.
( ) Com base na Fig. 1.b pode-se afirmar que a curva (1) é produzida por um
motor de mais alto rendimento que a produzida pelo motor relacionado a curva (2);
Fig. 1.a
Fig. 1.b
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Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo
Para representar esses motores podemos utilizar o circuito equivalente, só
que nesse caso tanto a indutância como a resistência do rotor variam com
a frequência.
Uma forma de construir esse circuito equivalente é utilizando dois
resistores de rotor, um para a variação da indutância e o outro para
variação da resistência.
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Motor de indução com rotor bobinado
Motores de Indução Bobinado
Motor de indução bobinado
2
2.1
2
2.1
2
2
.11
XXsRR
sRVq
wT
eqeq
eq
s
mec
Torque do motor em função do
escorregamento
Corrente no motor em função do
escorregamento
22.1
2
2.1
.1
2
XXsRR
VI
eqeq
eq
Conversão de Energia II
Curva de conjugado para diferentes valores de resistência de rotor.
Motores de Indução Bobinado
Conversão de Energia II
Com base no motor de indução com rotor bobinado apresentado na
Figura abaixo, responda Verdadeiro ou Falso:
( ) Quando menor a resistência externa conectada no rotor maior a
potência reativa absorvida pelo motor na partida (Qs);
( ) Quanto maior a resistência externa conectada no rotor maior é o
transitório de partida do motor (tempo de aceleração), considerando a
carga conectada no eixo do motor constante;
( ) Quanto maior a resistência externa conectada no rotor menor a
corrente de rotor em condição nominal;
( ) Pode-se controlar a velocidade do motor variando a resistência
externa conectada no rotor.
Exercício 10
Exercício
Conversão de Energia II
Um motor de indução de rotor bobinado, trifásico, seis pólos, 100 [kW] (Pmec),
60 [Hz], Y e 460 [V] (tensão de linha) desenvolve a potência de plena carga na
velocidade de 1158 [rpm], quando está funcionando em tensão e frequência
nominais e com o rotor curto-circuitado diretamente nos seus anéis
deslizantes. O conjugado máximo, que pode ser desenvolvido quando está
funcionando em tensão e frequência nominais, é 310 por cento do conjugado
de plena carga. A resistência do enrolamento do rotor é 0,17 [Ω/fase] em
estrela. Despreze quaisquer efeitos de perdas rotacionais e suplementares, e
da resistência do estator.
a) Calcule as perdas I2R do rotor a plena carga;
b) Calcule a velocidade no conjugado máximo em rpm;
c) Quanto da resistência deve ser inserido em série com os enrolamentos do
rotor para produzir o conjugado máximo de partida?
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Dados de placa dos motores de indução
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Dados de placa dos motores de indução
Regime de serviço
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REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S1: Regime contínuo
tn
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Tempo
máx
Dados de placa dos motores de indução
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REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S2: Funcionamento a carga constante durante um período inferior ao
tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico.
tn
Tempo
máx
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Dados de placa dos motores de indução
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REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S3: Seqüência de ciclos idênticos, sendo um período a carga constante
e um período de repouso. O ciclo é tal que a corrente de partida não afeta
significativamente a elevação de temperatura.
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura máx
Tempo
tn tr
Duração do ciclo
Dados de placa dos motores de indução
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REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S4: Seqüência de ciclos idênticos, sendo um período de partida, um
período a carga constante e um período de repouso. O calor gerado na partida é
suficientemente grande para afetar o ciclo seguinte.
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Tempo
Duração do ciclo
máx
td tn tr
Dados de placa dos motores de indução
Conversão de Energia II
Classe de isolamento
Dados de placa dos motores de indução
Conversão de Energia II
è A vida útil do motor é função da isolação;
è Um aumento de 10 graus na temperatura, acima da suportável pelo isolante,
reduz a vida útil pela metade.
VIDA ÚTIL DO MOTOR:
Dados de placa dos motores de indução
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COMPOSIÇÃO DA TEMPERATURA EM FUNÇÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO:
Temperatura Ambiente ºC 40 40 40 40 40
T = Elevação de Temperatura K 60 75 80 105 125
( método da resistência )
Diferença entre o ponto mais ºC 5 5 10 10 15
quente e a temperatura média
Total: Temperatura do ponto ºC 105 120 130 155 180
mais quente
Classe de Isolamento - A E B F H
Dados de placa dos motores de indução
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Grau de Proteção
Dados de placa dos motores de indução
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1º ALGARISMO ( indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos e contato acidental)
0 Sem proteção
1 Corpos estranhos de dimensões acima de 50mm - Toque acidental com a mão
2 Corpos estranhos de dimensões acima de 12mm - Toque com os dedos 3 Corpos estranhos de dimensões acima de 2,5mm - Toque com os dedos
4 Corpos estranhos de dimensões acima de 1,0mm - Toque com ferramentas
5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor - Completa contra toques
6 Totalmente protegido contra a poeira - Completa contra toques
2º ALGARISMO ( indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do motor)
0 Sem proteção
1 Pingos de água na vertical
2 Pingos de água até a inclinação de 15° com a vertical
3 Água da chuva até a inclinação de 60° com a vertical
4 Respingos em todas as direções
5 Jatos d’água de todas as direções
6 Água de vagalhões
7 Imersão temporária
8 Imersão permanente
GRAUS DE PROTEÇÃO
A letra (W) entre as letras IP e os algarismos, indica que o motor é protegido contra intempéries
Dados de placa dos motores de indução
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Conjugados normais,
Corrente de partida
normal,baixo
escorregamento Fator de serviço
Regime de serviço
Potência mecânica
Graus de proteção
Rendimento
e
Fator de potência
Dados de placa dos motores de indução
Exercício
Conversão de Energia II
Um motor de indução trifásico em Y de 4 polos, 460 [V] (tensão de linha),
1740 [rpm], 60 [Hz] apresenta os seguintes parâmetros:
R1 = 0,25 [Ω]; R2’ = 0,2 [Ω]; X1 = X2’ = 0,5 [Ω]; Xm = 30 [Ω]
As perdas rotacionais são de 1700 [W]. Com os terminais do rotor em curto-
circuito, determine:
a) Corrente de partida quando partindo com tensão nominal; (Ip = 244,86 [A])
b) Torque na partida; (Tp = 185,2 [N.m])
c) Escorregamento com carga nominal; (s = 0,0333)
d) Corrente de entrada com carga nominal; ( I1 = 42,8 [A])
e) Relação entre corrente de partida e corrente nominal; ( Ip/In = 5,75)
f) Fator de potência para carga nominal; ( Fp = 0,94 ind)
g) Torque para carga nominal; (Tn = 163,11 [N.m])
h) Eficiência do motor com carga nominal; ( η = 87,5%)
i) Escorregamento quando o torque máximo é desenvolvido; (sTmax = 0,1963)
j) Máximo torque desenvolvido; (Tmax = 431,68 [N.m]) Com os terminais do rotor conectados numa resistência externa determine;
k) Qual deve ser o valor da resistência por fase conectada no circuito do rotor,
para que apresente o torque máximo na partida. (Rext = 0,8186 [Ω])