MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS

Eletrônica Industrial II

Danila 00028-3Juliana 01035-3

INTRODUÇÃO

Motores elétricos – mais importantes acionadores industriais

para qualquer potência ampla faixa de velocidade componentes padronizados elevado grau de automação industrial controle à distância fácil manutenção e reposição

INTRODUÇÃO

MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS E TRIFÁSICOS:

95% do total de motores instalados nos setores: rural, industrial, comercial e residencial.

75% do total de potência instalada dos motores em geral.

TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS

MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS

Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Estator (parte estática): chapas ferromagnéticas finas empilhadas e isoladas entre si.

Rotor (parte móvel): núcleo ferromagnético laminado – enrolamento de condutores paralelos.

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Bobinas: localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de CA.

Podem ser ligadas em triângulo (∆) ou estrela (Y).

ANALOGIATRANSFORMADOR / MIT

Estator Primário

Rotor Secundário

VISTA EXPLODIDA DOS DIVERSOS ELEMENTOS DO MOTOR

Motor Gaiola de Esquilo

MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS

Características Construtivas Princípio Básico de Operação Curva Característica do MIT Perdas no MIT Tipos de MIT: Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado Tipos de Partida do MIT Operação e Manutenção Prática Aplicações

PRINCÍPIO BÁSICO DE OPERAÇÃO

Lei de Faraday: “Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida”.

Lei de Lenz: “O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem”.

CAMPO MAGNÉTICO

Correntes trifásicas aplicadas às bobinas do estator:

iA(t) = I.sen(ωt) [A]iB(t) = I.sen(ωt - 120º) [A]iC(t) = I.sen(ωt + 120º) [A]

CAMPO MAGNÉTICO

A fmm produzida pelas correntes trifásicas é dada por:

ŢA(t) = I.sen(ωt) [A]ŢB(t) = I.sen(ωt - 120º) [A]ŢC(t) = I.sen(ωt + 120º) [A]

CAMPO MAGNÉTICO

Para as três bobinas defasadas de 120º, temos:

Ţ(t) =1,5.N. I.sen(ωt) [A]

CAMPO MAGNÉTICO

DISPOSIÇÃO ESPACIAL DAS BOBINAS

Ponto 4

FORÇA RESULTANTE

Ponto 1

FORÇA RESULTANTE

Ponto 2

FORÇA RESULTANTE

Ponto 3

REPRESENTAÇÃO DE ENERGIA DO MOTOR

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

O número de pólos irá determinar a velocidade do campo girante. Velocidade de rotação do campo girante (Velocidade Síncrona):

RPMnfN S

.120

NS = velocidade do campo girantef = freqüêncian = número de pólos

ESCORREGAMENTO

Diferença de velocidade que existe entre a velocidade síncrona do campo magnético girante e a velocidade um pouco menor na qual gira o disco é chamada escorrega-mento:

S

RS

NNNs

s = escorregamentoNS = velocidade do campo giranteNR = velocidade do rotor

ESCORREGAMENTO

S = freqüência angular na corrente do estatorR = freqüência angular na corrente do rotor = velocidade do rotor [rad/s]

SS

S

S

Rs

1

CORRENTE SOLICITADA PELO MOTOR

O rendimento do motor é dado pela expressão:

%el

mec

PP

A corrente nominal do motor, em amperes, pode ser obtida da seguinte expressão :

fpVK

HPI 746

PMEC= Potência MecânicaPEL= Potência Elétrica

V = tensão entre fases fp = fator de potênciaK = constante igual a para trifásico HP = potência mecânica no eixo3

FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA

Três condutores do rotor e sua relação com um campo magnético multipolar produzido por um enrolamento trifásico:

FORÇA ELETROMOTRIZ INDUZIDA

Corrente induzida Interação entre campos

TORQUE NO MOTOR DE INDUÇÃO

T = torque KT = constante de torque para o nº de pólos, enrolamento unidades

empregadas etcØ = fluxo produzido por cada pólo unitário do campo magnético

girante que concatena o condutor do rotorIR . cos θR = componente da corrente do rotor em fase com Ø

O Torque Desenvolvido em cada um dos condutores individuais do rotor na situação de motor parado:

T = KT . Ø . IR . cos θR

TORQUE NO MOTOR DE INDUÇÃO

Torque de Partida

TP = K . Ef2

Torque Máximo

TMAX = (K . Ef2)/[2.(sT MAX.Xrb)2]

CIRCUITO EQUIVALENTE PARA MOTOR DE INDUÇÃO

O motor de indução pode ser analisado como um transformador contendo um entreferro e tendo uma resistência variável no secundário.

por fase

CIRCUITO EQUIVALENTE MODIFICADO

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CURVA CARACTERÍSTICA

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PERDAS NO MIT

Perdas Elétricas Perdas Magnéticas Perdas Mecânicas Perdas Parasitas

PERDAS ELÉTRICAS

do tipo R.I2

Aumentam com a carga Para reduzir – aumenta-se a seção dos

condutores do estator e do rotor

PERDAS MAGNÉTICAS

Lâminas e ferro do estator e do rotor Devidas a:

- efeito histerese- correntes induzidas (de Foucault)

Variam com a densidade de fluxo e a freqüência Para reduzir:

- aumenta-se a seção do ferro (estator e rotor)- utiliza-se lâminas delgadas- melhoramento dos materiais magnéticos

PERDAS MECÂNICAS

Devidas a:- fricção por atrito- ventilação- oposição do ar

Para reduzir – aperfeiçoar o sistema de ventilação

PERDAS PARASITAS

Stray losses ou perdas extraviadas Devidas a:

- fuga do fluxo- distribuição de correntes não uniforme- imperfeições mecânicas- irregularidade na densidade de fluxo do ar

Para reduzir:- otimização do projeto do motor- produção mais dedicada

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TIPOS DE MIT

MIT tipo Gaiola de Esquilo MIT tipo Rotor Bobinado

MIT TIPO GAIOLA DE ESQUILO

ROTOR DO GAIOLA DE ESQUILO

robusto barato rápida produção não exige coletor rápida ligação à rede

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Construção do induzido mais:

- rápida- prática- barata

Torque de arranque reduzido em relação a corrente absorvida pelo estator

MIT TIPO ROTOR BOBINADO

CARACTERÍSTICAS

Funcionamento Regime nominal – elementos do rotor em

curto-circuito Para potências muito elevadas Preferencialmente quando as velocidades de

serviço são variáveis

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TIPOS DE PARTIDA DO MIT

Tipo Gaiola de Esquilo: correntes de partida de 5 a 10 vezes a corrente nominal

Partida direta – dispositivo de controle Partida indireta Após a aceleração do motor – tensão nominal

restabelecida

SISTEMAS PARA PARTIDA INDIRETA

Partida com Chave Estrela-Triângulo Partida com Chave Compensadora Partida com Chave Estática (partida eletrônica) Partida com Chave Série-Paralelo

PARTIDA COM CHAVE ESTRELA-TRIÂNGULO

Ligação das bobinas do enrolamento do estator:

- Y: no instante da partida- : durante toda a operação

Para motores de 6 ou 12 terminais Manual ou automático

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Baixo custo Sem limite quanto ao

número de manobras Correntes de linha de

partida reduzidas

Só para motores com 6 ou 12 terminais

Ocupam muito espaço Tensão de linha =

tensão em do motor Correto ajuste do

instante de comutação

PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA

Autotransformador trifásico com derivações de 50, 65 e 80% da tensão nominal

Os terminais do estator não sofrem qualquer manipulação

Para motores com qualquer número de terminais, ligados em estrela ou triângulo

PARTIDA COM CHAVE COMPENSADORA

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Tensão menor na comutação

Variação do “tap” (de 65 para 80% da tensão)

Limitação da freqüência de manobra

Em relação a chave Y-:- maior- mais carapara uma mesma potência

PARTIDA COM CHAVE ESTÁTICA

Dispositivos de estado sólido de potência (tiristor)

O valor RMS da tensão é controlado pelo ângulo de disparo do tiristor

3 conjuntos de pares de tiristores antiparalelos

VANTAGENS E DESVANTAGENS

Variação suave do torque e da corrente

Não apresenta componentes móveis que geram arco

Aumento da vida útil do dispositivo de partida

Número reduzido de partidas por hora

Maior complexidade

PARTIDA COM CHAVE SÉRIE-PARALELO

Somente para motores com 9 ou 12 terminais Ligação dos terminais do enrolamento:

- em série: durante a partida- em paralelo: a plena carga

Para ligações Y-YY e - Reduz a corrente de partida a 25% do seu

valor para partida direta Somente para partida a vazio

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OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO PRÁTICA

Lubrificação Verificação periódica Limpeza Condições ambientais

LUBRIFICAÇÃO

Reduzir ao mínimo a fricção do procedimento Lubrificante adequado:

- perdas por fricção elevada- curto período de vida dos

procedimentos Cuidado com o excesso de massa lubrificante Lubrificantes sintéticos

VERIFICAÇÃO PERIÓDICA

Temperatura Condições elétricas e mecânicas do motor Visualizar o uso e a erosão dos componentes Inspeção de 6 em 6 meses

LIMPEZA E CONDIÇÕES AMBIENTAIS

Limpar a carcaça de motores que operam em ambientes com pó abundante

Um aumento de 25° na temperatura do motor aumenta as perdas Joule em cerca de 10%

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APLICAÇÕES

Grande aplicação (industriais e domésticas)- robustez- baixo preço- arranque fácil- não possui coletor- não produz faísca- manutenção reduzida

Motor Monofásico – para baixas potências (1 a 2 kW) Motor Polifásico – para potências superiores

APLICAÇÕES

APLICAÇÕES

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