Disciplina: Instalações Elétricas II Unidades III e IVfiles.profmarcelino.webnode.com/200000073-e6e08e7dbe/3... · determinada pelo número de ṕlos do motor e pela freqü̂ncia

Disciplina: Instalações Elétricas II Unidades III e IV

Professor: Marcelino Vieira Lopes, Me.Eng.

“Não há nada que seja maior evidência de insanidade do que fazer a mesma coisa dia após dia e esperar resultados diferentes...”

Esta

tíst

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I

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Unidade 3: Motores Elétricos

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1. Introdução e Conceitos

2. Tipos de Motores

3. Funcionamento de motores

4. Regras Práticas para escolha de um motor

Exercício

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Qual a diferença de um gerador para um motor elétrico?

Qual a diferença de corrente alternada para contínua?

Que é fator de potência?

Defina Potência Ativa, Reativa e Aparente?

Introdução

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Motores Elétricos

Motor elétrico e a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica.

O motor de indução e o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza, simplicidade de comando - com sua construção simples e grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.

Introdução

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Motores Elétricos

a) Motores de corrente continua

São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso, seu uso e restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação e da manutenção.

Introdução

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Motores Elétricos

b) Motores de corrente alternada

Sao os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica e feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são:

Motor síncrono: funciona com velocidade fixa, ou seja, sem interferência do escorregamento; utilizado normalmente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores).

Motor de indução: funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, e o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Atualmente e possível o controle da velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de frequência.

Introdução

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ROTACAO DO MOTOR TRIFASICO

Invertendo a rotação

Em qualquer motor trifasico, a inversao do sentido de rotacao e feita trocando-se na “alimentacao” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada).

Determinando a rotacão (rpm)

A rotacao de um motor eletrico trifasico (rotor tipo gaiola) e determinada pelo numero de polos do motor e pela frequencia da rede eletrica. A tensao eletrica nao influencia na rotacao (a menos que se aplique tensao muito inferior a nominal, o que refletira na potencia e no torque do motor, neste caso podendo ate queima-lo). Atencao: A quantidade de polos de um motor e por fase.

Introdução

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Velocidade síncrona (ns)

E a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através dela pode-se saber o valor da rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) e:

• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 6 polos:

22

3.3 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

3.3.1 Invertendo a rotação

Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na

“alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada),

diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação

do motor (5 por 6).

3.3.2 Determinando a rotação (rpm)

A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número

de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia

na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá

na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).

Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.

3.3.3 Velocidade síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através

dela pode-se saber o valor da rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:

ns = 2 · 60 · f

p

Onde: ns = velocidade síncrona em rpm

f = freqüência da rede em Hz

p = número de pólos.

Exemplo: Em um motor de 2 pólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.

3.3.4 Velocidade assíncrona (n)

Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação

medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado-

se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa

fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do

motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da

velocidade assíncrona.

3.3.5 Escorregamento (s)

É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a

rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.

Introdução

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Velocidade assincrona (n) Um pouco inferior a velocidade síncrona, a velocidade assíncrona e a rotação medida no eixo do motor. Em síntese, e a verdadeira rotação do motor, descontado- se as perdas; dai o nome de motor assíncrono (em portugues assincrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnetico e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, e o valor da velocidade assincrona.

Escorregamento (s) E a diferenca entre a velocidade do campo magnetico (velocidade sincrona) e a rotacao do motor, sendo tambem chamado de deslizamento.

O escorregamento de um motor normalmente varia em funcao da carga: quando a carga for zero (motor em vazio) o escorregamento sera praticamente nulo; quando for a nominal, o escorregamento tambem sera o nominal.

• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 4 polos e a plena carga possui um escorregamento de 4%.

Unidade 3: Motores Elétricos: Tipos

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Motores

C.C.

Universal

C.A.

Monofásico

Linear

Trifásico

Síncrono

Assíncrono

Gaiola

Rotor Bobinado

Síncrono

Assíncrono

Gaiola de esquilo

Rotor Bobinado


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Um motor simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. (a) Os polos magnéticos da bobina (representados como ímã) são atraídos pelos polos opostos dos ímãs fixos. (b) A bobina gira para levar esses polos magnéticos o mais perto possível um do outro mas, (c) ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e (d) agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor. Crédito

http://www.feiradeciencias.com.br/sala22/motor_teoria1.asp


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Esquema de um motor de Corrente Contínua



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Esquema de um motor UNIVERSAL


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Esquema de um motor de Passo



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Esquema de um motor CA Síncrono O motor síncrono AC usa eletroímãs como estatores para fazer girar o rotor que é um ímã permanente. O rotor gira com freqüência igual ou múltipla daquela da AC aplicada.



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Esquema de um motor CA Assíncrono de Indução

Lei de Lenz: A corrente induzida é tal que tende a ir contra as causas que lhe deram origem.


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Esquema de um motor CA Assíncrono de Rotor bobinado

Usado para motores que precisam partir com carga 16

Figura 8 – Motores de três velocidades

2.2 MOTOR DE ANÉIS

O motor de anéis tem um rotor que não está fechado em curto-circuito. Nele o rotor é

bobinado e os terminais estão acessíveis externamente através de anéis coletores e

escovas (carvão).

Através das escovas (carvão), é inserida resistência ao circuito do rotor no instante

da partida, que é diminuída aos poucos, conforme o motor vai atingindo velocidade,

até que chegue a zero (curto). Neste momento, o comportamento é exatamente igual

a um motor tipo gaiola.

Figura 9 – Esquematização da ligação de um motor de rotor bobinado

1ª velocidade 3ª velocidade

1 2 3 4 5 6

motor com três enrolamentos comuns

7 8 9

2ª velocidade

motor com enrolamento Dahlander e comum

7

4

3 2

5

6

1

1ª velocidade / 2ª velocidade 3ª velocidade

8 9 10

rederede

M

3~

reostato

estator

rotor

coletorescovas


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Conjugado, Energia e Potência

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CONJUGADO (TORQUE de um motor) O conjugado (tambem chamado torque ou momento) e a medida do esforco necessario para girar um eixo.

Pela experiencia pratica observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em pocos a forca F que e preciso aplicar a manivela depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a manivela, menor sera a forca necessaria. Se dobrarmos o tamanho E da manivela, a forca F necessaria sera diminuida a metade.

Especificação do Motor Elétrico 7

1.2 Conceitos Básicos

São apresentados a seguir os conceitos de algumas

grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para

melhor acompanhar as explicações das outras partes deste

guia.

1.2.1 Conjugado

O conjugado (também chamado torque ou momento) é a

medida do esforço necessário para girar um eixo.

Pela experiência prática observa-se que para levantar um

peso por um processo semelhante ao usado em poços

(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a

manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o

tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída

à metade.

No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro

do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de

20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do

eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na

manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o

dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.

Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o

eixo não basta definir a força empregada: é preciso também

dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.

O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da

força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado

vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)

1.2.2 Energia e potência mecânica

A potência mede a “velocidade” com que a energia é

aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem

24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho

(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do

poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Nm

Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que

usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de

naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.

W = F . d (N . m)

OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo

A potência exprime a rapidez com que esta energia é

aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total

pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor

elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,

a potência necessária será:

F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de

realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária

será:

490

P2 = = 377 W

1,3

A unidade usada no Brasil para medida de potência

mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW

(unidade de medida utilizada internacionalmente para o

mesmo fim).

Relação entre unidades de potência

P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2

Para movimentos circulares

C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t

onde: C = conjugado em Nm

F = força em N

r = raio da polia em m

v = velocidade angular em m/s

d = diâmetro da peça em m

n = velocidade em rpm

1.2.3 Energia e potência elétrica

Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar

de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma

rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que

irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia

elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma

de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da

rede e a transforma em energia mecânica disponível na

ponta do eixo.

Figura 1.1

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Energia e Trabalho No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho (W) realizado para trazer o balde do fundo ate a boca do poco e sempre a mesma, valendo:

W = F x d = 20 N x 24,5 m =490 Nm

Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, e a mesma que usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.

W = F . d (N . m) OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo

Entender a diferença entre trabalho e conjugado

Introdução

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Potência A potência exprime a rapidez com que esta energia e aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária sera:






guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

Figura 1.1

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guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

Figura 1.1

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Potência A potência exprime a rapidez com que esta energia e aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária sera:

A unidade usada no Brasil para medida de potencia mecanica e o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW (unidade de medida utilizada internacionalmente para o mesmo fim).

Relacao entre unidades de potencia:

P (kW) = 0,736 . P (cv) P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potencias dos dois motores acima serão:






guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

Figura 1.1

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guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

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guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

Figura 1.1

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guia.

1.2.1 Conjugado









à metade.












vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm

C = F . E (N . m)







490 Nm




W = F . d (N . m)







F . d

Pmec

= (W)

t

490

P1

= = 245 W

2,0



será:

490

P2 = = 377 W

1,3




mesmo fim).


P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)


245 1 377 1

P1

= = cv P2 = = cv

736 3 736 2


C = F . r (N.m)

. d. n

v = (m/s)

60

F . d

Pmec

= (cv)

736 . t


F = força em N













ponta do eixo.

Figura 1.1

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Energia e potencia eletrica Embora a energia seja uma coisa so, ela pode se apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma resistencia a uma rede eletrica com tensao, passara uma corrente eletrica que ira aquecer a resistencia. A resistencia absorve energia eletrica e a transforma em calor, que tambem e uma forma de energia. Um motor eletrico absorve energia eletrica da rede e a transforma em energia mecanica disponivel na ponta do eixo.

Corrente Contínua P = U . I (W)

Ligação Estrela-Triângulo

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U = Uf

U=220V

U = √3 . Uf

U=220V Uf=127V

Grandezas vetoriais

Uf1

Uf2

Uf3

Uf1 Uf2

Uf3

Linha

Fase

Ligação Estrela-Triângulo

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I = If

IL = √3 . If

Grandezas vetoriais

If1

If2

If3

If1

If2

If3

Linha

Fase I1


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Potencia eletrica CorrenteAlternada

1 ) Resistência (F.P. = 1)

Sistema Monofásico P = Uf . If (W)

Sistema trifásico P = 3Pf = 3 . Uf . If (W)

2 ) Cargas Reativas (F.P. < 1)


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Rendimento O rendimento define a eficiência com que e feita a conversão da energia elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia mecânica disponível no eixo. Chamando “Potencia util” Pu a potência mecânica disponível no eixo e “Potencia absorvida” Pa a potência elétrica que o motor retira da rede, o rendimento sera a relação entre as duas, ou seja:

Exercício

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31

Um motor é conectado diretamente a um sarilho com um objetivo de içar em 20s uma carga de 1000N a uma altura de 60m. O Sarilho possui diâmetro de 0,3m. Sabendo-se que o rendimento do motor é de 80%, que a tensão usada é de 220V trifásico e o F.P. = 0,93 , calcule: 1. Conjugado do motor;

2. Trabalho (energia);

3. Potência mecânica;

4. Potência Ativa (elétrica);

5. Potência Aparente ;

6. Corrente de linha;

Regra Prática Para escolha de um motor

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32

Ao se especificar um motor deve-se considerar 1. Aplicação (motor CC, CA, Síncrono, Assíncrono, etc)

2. Potência / conjugado

3. Rotação (número de polos)

4. Tensao (127V / 220V / 380V / 440V / 4.16kV)

5. Frequencia (no Brasil: 60Hz)

6. Grau de protecao (ver tabela)

7. Carcaca: Formas construtivas / níveis de ruído (ver opções)

8. Classes de isolamento: e a especificacao do isolamento termico. Ou seja, ele especifica qual e a maxima temperatura que o bobinado do motor pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida util. Existem tres classes de isolamento: • B 135oC

• F 150oC

• H 180oC

9. Ventilacao (ver opçoes)

10. Fator de Serviço: reserva de potencia que da ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condicoes desfavoraveis (1,0 – 1,15 – 1,5)


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33

Carcaca Formas construtivas (ver opções dos fabricantes e normas)


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Carcaca / Formas construtivas


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Grau de proteção (ver tabela)

Partidas de motores CA

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• Partida Direta

• Partida Estrela-Triângulo

• Partida com Reversão

• Inversor de Frequência


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40



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• Inversor de Frequência

• Permite partida e parada em rampa;

• Controlar a rotação do motor;

• Monitora tensão, corrente, falta de fase...

• Possui diagnóstico;

• Comunicação com o PLC em rede;

Inversor

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43 M

3 ~

C P U

DISPOSITIVO EXTERNO

V / f

R

S

T

22

3.3 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

3.3.1 Invertendo a rotação

Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na

“alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada),

diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação

do motor (5 por 6).

3.3.2 Determinando a rotação (rpm)

A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número

de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia

na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá

na potência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).

Atenção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.

3.3.3 Velocidade síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através

dela pode-se saber o valor da rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:

ns = 2 · 60 · f

p

Onde: ns = velocidade síncrona em rpm

f = freqüência da rede em Hz

p = número de pólos.

Exemplo: Em um motor de 2 pólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.

3.3.4 Velocidade assíncrona (n)

Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação

medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor, descontado-

se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa

fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magnético e a do eixo do

motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal, é o valor da

velocidade assíncrona.

3.3.5 Escorregamento (s)

É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a

rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.

Retificador

• Transforma Corrente Alternada em Contínua.

• Uso de diodos, os quais conduzem a corrente elétrica em somente um sentido.

• A Figura abaixo simboliza um diodo, o qual conduz a corrente somente no sentido de A para B, se o lado de A for positivo e o lado de B for negativo.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

44

A B

Retificador

• Exemplo 1: Onda Incompleta

• Na figura abaixo, o diodo conduz apenas quando a senóide está no semi-ciclo positivo, trabalhando como se fosse uma chave fechada.

• Quando a senóide está no semi-ciclo negativo, o diodo funciona como uma chave aberta, portanto a tensão tem valo 0 ( Zero).

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

45

R

A B

Carga

Fonte

+ _

1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

Retificador


Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

46

A B

Carga

Fonte

+ _

1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

+

-

Retificador


Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

47

A B

Carga

Fonte

+ _

1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

+

-

Retificador

• Exemplo 2: Onda Completa

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

48

A B

Carga

Fonte Monofásica

+ _

1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

Retificador


Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

49

A B

Carga

Fonte Monofásica

+ _

+

- 1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

Retificador


Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

50

A B

Carga

Fonte Monofásica

+ _

+

-

1 4 710131619222528313437404346495255586164677073

Retificador

• Exercício: Desenhe a forma de onda para o retificador abaixo alimentado por uma fonte trifásica.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

51

Carga

Fonte Trifásica

+ _

Carga 135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173

Retificador

• Exercício: Desenhe a forma de onda para o retificador abaixo alimentado por uma fonte trifásica.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

52

Fonte Trifásica

+ _ 135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173

Exercício

• Explique um motivo para se usar o capacitor abaixo.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

53

C P U V / f

Inversor de Frequência

Exercício

• Explique um motivo para se usar o capacitor abaixo.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

54

C P U V / f

Inversor de Frequência

135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173135791113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173

Inversor PWM • Transforma Corrente Contínua em Alternada, alterando a

frequência conforme a necessidade. • Usa a técnica conhecida como PWM (Pulse With Modulation). • Usa IGBT, os quais conduzem apenas quando recebem

comando. • Necessita de um sistema preciso de controle. • A Figura abaixo ilustra um IGBT, o qual funciona como uma

chave, que precisa de um comando para “fechar”.

Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

55

Comando

+

Inversor PWM

• Exemplo de um Inversor PWM

Inst

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Elé

tric

as II

56

+

+

+

+

+

+

M 3 ~

+

-

CPU ( Controle)

Saída do Inversor PWM

Inst

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Elé

tric

as II

57

Saída do Inversor PWM

Inst

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Elé

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58

Unidade 4: Transformadores

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Elé

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59

1. Introdução e Conceitos

2. Tipos de Transformadores

3. Funcionamento dos Transformadores


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Elé

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as II

60

Definição:

Um dispositivo que por meio da indução eletromagnética, transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário) para outro ou outros circuitos (secundário), usando a mesma frequência, mas, geralmente, com tensões e intensidades de correntes diferentes.


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Elé

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Principio de funcionamento:

Todo transformador e uma máquina eletrica cujo principio de funcionamento esta baseado nas Lei de Faraday e Lei de Lenz. E constituido de duas ou mais bobinas de multiplas espiras enroladas no mesmo nucleo magnetico, isoladas deste, nao existindo conexao eletrica entre a entrada e a saida do transformador. Uma tensao variavel aplicada a bobina de entrada (primario) provoca o fluxo de uma corrente variavel, criando assim um fluxo magnetico variavel no nucleo. Devido a este e induzida uma tensao na bobina de saida (ou secundario), que varia de acordo com a razao entre os numeros de espiras dos dois enrolamentos.


Inst

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Elé

tric

as II

62

Principio de funcionamento:


Inst

alaç

ões

Elé

tric

as II

63

TRANSFORMADOR IDEAL

Para considerar um transformador ideal, as seguintes hipóteses devem ser assumidas:

• todo o fluxo deve estar confinado ao núcleo e enlaçar os dois enrolamentos;

• as resistências dos enrolamentos devem ser desprezíveis;

• as perdas no núcleo devem ser desprezíveis;

• a permeabilidade do núcleo deve ser tão alta que uma quantidade desprezível de fmm e necessária para estabelecer o fluxo.


Inst

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Elé

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as II

64

a: relação de transformação.


Inst

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Elé

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65


Inst

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Elé

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66

TRANSFORMADOR COM PERDA Ao contrario do transformador ideal, os transformadores reais apresentam perdas que devem ser consideradas, pois nem todo o fluxo esta confinado ao nucleo, havendo fluxo de dispersao nos enrolamentos. Da mesma forma, ha perdas ohmicas nos enrolamentos e ha perdas magneticas (histerese magnetica) no nucleo:

1. Perdas no cobre: resultam da resistencia dos fios de cobre nas espiras primarias e secundarias. As perdas pela resistencia do cobre sao perdas sob a forma de calor (Perdas Joule) e nao podem ser evitadas.

2. Perdas no ferro: a. por histerese: energia transformada em calor na reversao da polaridade

magnetica do nucleo transformador.

b. por correntes parasitas: quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnetico, ou e sujeita a um fluxo magnetico movel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido as perdas na resistencia do ferro (perdas por correntes de Foucault).


Inst

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Elé

tric

as II

67

Regulacão de Tensão

Para manter na saida de um transformador, sob carga variavel, um nivel de tensao constante, e empregado um regulador que pode estar presente no proprio transformador, atraves de derivacoes na bobina do primario.

Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primario e 500 espiras no secundario apresentado na Figura abaixo:

220V 110V

a=2


Inst

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ões

Elé

tric

as II

68

Regulacão de Tensão

Para manter na saida de um transformador, sob carga variavel, um nivel de tensao constante, e empregado um regulador que pode estar presente no proprio transformador, atraves de derivacoes na bobina do primario.

Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primario e 500 espiras no secundario apresentado na Figura abaixo:

220V 122V

a=1,8

Transformadores Trifásicos

Inst

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Elé

tric

as II

69

Transformador Trifásico • Um transformador trifasico e constituido de pelo menos tres

enrolamentos no primario e tres enrolamentos no secundario, os quais podem estar conectados tanto em Y (estrela) quanto em ∆ (triangulo ou delta). A ligacao em Y ou ∆ dos enrolamentos e estabelecida atraves da conexao dos seus terminais, conforme mostra a Figura:

• Essas varias formas de conexao dao origem aos quatro tipos de ligacao dos transformadores trifasicos: Y-Y, Y-∆, ∆-Y e ∆-∆. Cada um desses tipos possui propriedades diferentes que determinam o uso mais adequado conforme a aplicação.


Inst

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Elé

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as II

70

RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

• Ligação Y - ∆

• Ligacao ∆ - Y


Inst

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Elé

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71

RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

• Ligação ∆ - ∆ ou Ligacao Y - Y

• Uma caracteristica da associacao Y-∆ e o deslocamento angular de ± 30° que resulta entre as tensoes terminais correspondentes do primario e do secundario. O sentido da defasagem depende da sequencia das fases. Esse deslocamento pode ser percebido atraves de um diagrama fasorial.

• Portanto, e necessario tomar cuidado com as defasagens quando, por exemplo, deseja- se conectar dois transformadores trifasicos em paralelo.

Tipos de Transformadores

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Elé

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72

TRANSFORMADOR DE CORRENTE Um transformador de corrente (abreviadamente TC ou TI) é um dispositivo que reproduz no seu circuito secundário, a corrente que circula em um enrolamento primário com sua posição vetorial substancialmente mantida, em uma proporção definida, conhecida e adequada. Os transformadores de corrente, também chamados de transformadores de instrumentos, utilizados em aplicações de alta tensão (situações essas onde circulam, frequentemente, altas correntes), fornecem correntes suficientemente reduzidas e isoladas do circuito primário de forma a possibilitar o seu uso por equipamentos de:

• medição,

• controle e

• proteção.

Tipos de Transformadores

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Elé

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73

Proteção:

Medição:

Exercício

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Elé

tric

as II

74

1 - Um transformador trifásico de potência possui ligação Estrela-Triângulo. Os enrolamentos primários estão conectandos a uma rede de 23kV. Sabendo-se que a tensão do secundário é de 440V, que a carga alimentada no secundário é de 20kW e o FP da carga é de 0,95. Pede-se:

a. Corrente do secundário do transformador.

b. Relação de transformação deste transformador.

c. Corrente do primário do transformador.

Exercício

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Elé

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2 – Uma Subestação tem a tensão de entrada de 135kV. Esta SE possui um sistema de monitoramento da tensão de entrada, constituído por um transformador cujo relação de transformação é de um para dez mil. Um voltímetro está conectado no secundário deste transformador. Se este voltímetro indica uma tensão de 13 V, Qual será a tensão real de entrada?

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Disciplina: Instalações Elétricas II Unidades III e IVfiles.profmarcelino.webnode.com/200000073-e6e08e7dbe/3... · determinada pelo número de ṕlos do motor e pela freqü̂ncia