Máquinas Elétricas Eletrotécnica

Definições

•Máquinas elétricas são dispositivos capazes de converter energia elétrica em energia mecânica e vice-versa.

•Geradores: convertem energia mecânica em elétrica.

•Motores: convertem energia elétrica em mecânica.

Motores Elétricos Motores Elétricos

Motor de Indução Motor de Indução

Motor de indução Máquina Assíncrona

Enrolamento de estator trifásico Enrolamento de estator trifásico

Rotor tipo gaiola de esquilo Rotor tipo gaiola de esquilo

Rotor gaiola de esquilo Rotor gaiola de esquilo

Rotor tipo bobinado Rotor tipo bobinado

Pacote magnético do estator Pacote magnético do estator

•A máquina de indução é, dentre as máquinas elétricas, a mais utilizada na indústria.

Máquina Assíncrona

Na máquina assíncrona tanto o rotor quanto o estator conduzem corrente alternada.

•A corrente que circula pelo rotor é uma corrente induzida devido a um campo variável devido à diferença de velocidade de rotação do rotor e do campo girante.

Por isso a nomenclatura máquina de indução.

Máquina Assíncrona

Campo magnético girante

•Os enrolamentos trifásicos localizados no estator e representados pelos enrolamentos a’, b’ e c’ estão deslocados de 120 graus entre si. Quando uma corrente alternada senoidal circula por um enrolamento ela produz uma força magneto motriz senoidal centrada no eixo do enrolamento.

•A força magneto motriz resultante é a composição vetorial das três componentes de força magneto motriz.

Campo magnético girante

•Devido a corrente na fase A está em um instante de máximo, a força magneto motriz produzida por este enrolamento é máxima.

•O vetor resultante força magneto motriz F possui a mesma amplitude em todos os instantes de tempo, girando em sentido anti-horário.

No instante de tempo to, a corrente na fase A passa por um máximo positivo e as corrente nas fases B e C por metade da amplitude máxima negativa.

Campo magnético girante

Princípio de funcionamento Princípio de funcionamento

Tensões induzidas

•O campo magnético girante induz tensões nas fases do estator. As expressões para as tensões induzidas podem ser obtidas utilizando a lei de Faraday

Escorregamento

•É óbvio que a velocidade do rotor não pode ser igual à velocidade síncrona, pois assim, nenhuma corrente seria induzida no enrolamento do rotor e consequentemente nenhum torque seria produzido.

Circuito do rotor

Freqüência da corrente

Velocidade do Rotor

Circuito equivalente

•O circuito equivalente pode ser utilizado para estudar e antecipar o desempenho da máquina de indução com apreciável proximidade da realidade.

Ensaio a vazio Ensaio a vazio

Ensaio com rotor bloqueado Ensaio com rotor bloqueado

Equações para determinação dos parâmetros asemcfase

sc I

3 sc sc I scscsc RZX

3 rb rb I bloqueadorotorfase rb I rbrbrb RZX

rb X

Curva conjugado x rotação para o motor assíncrono

Classificação por categorias Classificação por categorias

São caracterizados por possuírem um conjugado de partida normal, corrente de partida normal e pequeno valor de escorregamento em regime permanente.

Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, com baixo conjugado de partida como: bombas e máquinas operatrizes.

Categoria N

Os motores dessa categoria são caracterizados por possuírem um conjugado de partida elevado, corrente de partida normal e baixo valor para o escorregamento em regime permanente.

Esta categoria de motores é utilizada para acionamento de cargas que exigem maior conjugado de partida, como peneiras, transportadores carregados, cargas com alta inércia, etc.

Categoria H

São caracterizados por conjugado de partida elevado, corrente de partida normal e alto escorregamento. Utilizados para acionamento de cargas como:

prensas excêntricas e máquinas semelhantes, em que a carga apresenta picos periódicos e cargas que necessitam de conjugado de partida elevado e corrente de partida limitada.

Categoria D

Controle de velocidade

•Um motor de indução possui velocidade aproximadamente constante quando conectado a uma fonte de tensão constante com uma freqüência fixa. A velocidade em regime permanente é muito próxima da velocidade síncrona. Quando o torque solicitado aumenta, a velocidade diminui.

Variação da velocidade em função da carga

•Em muitas aplicações industriais, velocidades variáveis ou continuamente ajustáveis são necessárias.

Controle de velocidade

•Tradicionalmente, motores de corrente contínua sempre foram utilizados em aplicações onde era necessário variar a velocidade da máquina.

•Entretanto, motores de corrente contínua são caros, requerem manutenção das escovas e dos comutadores e são proibitivos em ambientes agressivos.

Controle de velocidade

•Em contrapartida, motores de indução são baratos, não requerem manutenção, estão aptos a funcionar em ambientes agressivos e estão disponíveis para velocidades elevadas.

Controle de velocidade através da variação da freqüência.

Motor

De Indução

Inversor de freqüência

Métodos de partida dos motores de indução

•Além de causar uma queda de tensão apreciável, pode afetar outras cargas conectadas à rede de alimentação. Além disso, se uma corrente elevada circular no motor por um longo intervalo de tempo, poderá aquecê-lo, danificando o isolamento do enrolamento.

•Uma corrente de partida de 500 a 800 % maior que a corrente nominal pode circular pela rede de alimentação.

Autotransformador abaixador Autotransformador abaixador

Partida estrela-triângulo Partida estrela-triângulo

Fase dividida Fase dividida

Conversor de estado sólido Conversor de estado sólido

•É importante ressaltar que embora tensões menores reduzam a corrente durante a partida dos motores, o torque de partida decresce porque o torque é proporcional ao quadrado da tensão aplicada.

Métodos de partida dos motores de indução

Influência da rede elétrica na operação do MIT

•A operação eficiente dos motores de indução trifásicos depende, entre outras coisas, da qualidade da rede elétrica de alimentação. O ideal é que esta rede seja equilibrada e com suas tensões apresentando amplitudes e freqüência constantes.

•A eficiência e o fator de potência dos motores de indução trifásicos variam segundo o valor da tensão de alimentação. Estes motores são projetados para suportarem variações de ±10% da tensão nominal.

• Os motores devem suportar variações de freqüência de -5% a até +3%. Uma variação simultânea da amplitude e da freqüência pode ser prejudicial para o motor.

Influência da rede elétrica na operação do MIT

•Uma tensão de alimentação abaixo do valor nominal do motor provoca aumento da corrente e da temperatura e ainda redução dos torques de partida e de regime. Por outro lado, um valor de tensão acima do nominal acarreta redução do fator de potência e aumento da corrente de partida.

Influência da rede elétrica na operação do MIT

Influência da carga mecânica na operação do MIT

•As principais conseqüências do superdimensionamento são:

•Maior custo, volume e peso do motor.

•Redução do fator de potência.

•Redução da eficiência, embora muito motores apresentem sua eficiência máxima a, aproximadamente, 75% da sua carga nominal.

•Maior corrente de partida, acarretando maior custo da instalação e proteção.

Fator de serviço

fator de serviço como um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais. Entretanto, a utilização do fator de serviço implica em vida útil inferior àquela do motor com carga nominal.

Influência do ambiente na operação do MIT

• As condições ambientais onde está instalado um motor têm influência na sua operação.

Poeiras que se depositam na sua carcaça, ao absorverem umidade ou partículas de óleo, formam uma crosta que dificulta a liberação do calor. Por causa disso, a temperatura interna do motor se eleva. Uma das conseqüências é aumentar o valor da resistência do enrolamento e diminuir a eficiência do motor.

Grau de proteção - IP

• Motores que trabalham em ambientes desfavoráveis ou mesmo agressivos devem ser providos de um grau de proteção. A norma brasileira NBR 6146 define os vários graus de proteção que os motores elétricos podem apresentar, por meio das letras características IP, seguida por dois algarismos. As tabelas 2.1 e 2.2 apresentam os critérios de proteção.

Tabela 2.1 – Indica grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental.

1o Algarismo

Algarismo Indicação

0 Sem proteção

1 Corpos estranhos acima de 50mm 2 Corpos estranhos acima de 12mm

3 Corpos estranhos acima de 2,5mm

4 Corpos estranhos acima de 1,0mm

5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor.

6 Totalmente protegido contra poeira.

Tabela 2.2 – Indica grau de proteção contra penetração de água no interior do motor.

2o Algarismo

Algarismo Indicação

0 Sem proteção

1 Pingos de água na vertical.

2 Pingos de água até a inclinação de 15o com a vertical.

3 Pingos de água até a inclinação de 60o com a vertical.

4 Respingos em todas as direções.

5 Jatos de água em todas as direções.

6 Água de vagalhões.

7 Imersão temporária. 8 Imersão permanente.

Classes de Isolação

•Classe A – 105 graus •Classe E – 120 graus

•Classe B – 130 graus

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