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Máquinas Elétricas Eletrotécnica

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Máquinas Elétricas Eletrotécnica

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  1. Máquinas ElétricasEletrotécnica

  2. 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.

  3. Motores Elétricos

  4. Motor de Indução

  5. Motor de indução Máquina Assíncrona

  6. Enrolamento de estator trifásico

  7. Rotor tipo gaiola de esquilo

  8. Rotor gaiola de esquilo

  9. Rotor tipo bobinado

  10. Pacote magnético do estator

  11. Máquina Assíncrona • A máquina de indução é, dentre as máquinas elétricas, a mais utilizada na indústria. Na máquina assíncrona tanto o rotor quanto o estator conduzem corrente alternada.

  12. Máquina Assíncrona • 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.

  13. Campo magnético girante • Os enrolamentos trifásicos localizados no estator e representados pelos enrolamentos aa’, bb’ e cc’ 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.

  14. Campo magnético girante • A força magneto motriz resultante é a composição vetorial das três componentes de força magneto motriz. • 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.

  15. Campo magnético girante 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.

  16. Princípio de funcionamento

  17. 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

  18. 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.

  19. Circuito do rotor Rotor parado Rotor girando Velocidade do Rotor Freqüência da corrente induzida no Rotor

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

  21. Ensaio a vazio

  22. Ensaio com rotor bloqueado

  23. Equações para determinação dos parâmetros

  24. Curva conjugado x rotação para o motor assíncrono

  25. Classificação por categorias

  26. Categoria N 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.

  27. Categoria H 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.

  28. Categoria D 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.

  29. 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.

  30. Variação da velocidade em função da carga

  31. Controle de velocidade • Em muitas aplicações industriais, velocidades variáveis ou continuamente ajustáveis são necessárias. • Tradicionalmente, motores de corrente contínua sempre foram utilizados em aplicações onde era necessário variar a velocidade da máquina.

  32. Controle de velocidade • Entretanto, motores de corrente contínua são caros, requerem manutenção das escovas e dos comutadores e são proibitivos em ambientes agressivos. • Em contrapartida, motores de indução são baratos, não requerem manutenção, estão aptos a funcionar em ambientes agressivos e estão disponíveis para velocidades elevadas.

  33. Controle de velocidade através da variação da freqüência.

  34. 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.

  35. Autotransformador abaixador

  36. Partida estrela-triângulo

  37. Fase dividida

  38. Conversor de estado sólido

  39. Métodos de partida dos motores de indução • 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.

  40. 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.

  41. Influência da rede elétrica na operação do MIT • 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.

  42. 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.

  43. 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.

  44. Fator de serviço • A norma ABNT NBR 7094/1996, define 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.

  45. 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.

  46. 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.

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

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

  49. Classes de Isolação • Classe A – 105 graus • Classe E – 120 graus • Classe B – 130 graus • Classe F – 155 graus • Classe H – 180 graus