2015/2
Universidade Federal de São João de Rei
Curso de graduação em Engenharia Elétrica
Máquinas Elétricas I
Aula XII
Entendimento Sistêmico
Máquinas Elétricas I – Prof. Marco Túlio
Aula passada
• Prova
Entendimento Sistêmico
Tópicos abordados
• Efeitos da resistência de rotor na característica de Torque e no desempenho do motor
• Projetos especiais de gaiola
• Classes de aplicação dos motores
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Entendimento Sistêmico
Em operação normal, é interessante que a resistência do rotor seja a menor possível – menores perdas Resistência de rotor pequena leva a baixo torque e elevadas correntes na partida Resistência do rotor deve então satisfazer compromisso entre torque de partida e rendimento
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Motor com rotor bobinado
Resistência externa para aumentar torque de partida
2'MaxT exts k R R
Possibilidade de torque máximo na partida
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Resistência externa pode ser retirada gradativamente – torque máximo durante toda a aceleração
Grande parte do calor é gerado externamente – facilidade de refrigeração
Possibilidade de controlar a velocidade do motor
Problema de custo
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Motor com rotor em gaiola
Não se tem acesso aos terminais do motor – impossibilidade de adicionar resistência externa
Inicialmente pode-se imaginar um rotor com barras de resistência equivalente alta ou baixa
Baixa resistência – Bom rendimento
Alta resistência – Torque de partida elevado
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Como conseguir os 2 objetivos?
A frequência das grandezas no rotor varia com a velocidade do motor
Com disposições e formatos adequados para as barras, os rotores em gaiola podem ser projetados de modo que suas resistências efetivas, a 60 Hz, sejam diversas vezes superiores à resistência em frequências mais baixas
R ef sf
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Rotor com barras profundas
A indutância de dispersão da camada da base é maior que da camada do topo
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Todas as partes das barras estão conectadas em paralelo – modelo de circuitos RL em paralelo
1 2 3L L L L
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• n = nnom
1 12 RX f L
Escorregamento baixo – frequência no rotor é pequena
2 22 RX f L
3 32 RX f L
R
2 RX f L
Distribuição uniforme da corrente por toda a área da seção da barra
Resistência efetiva baixa
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• n = 0
Escorregamento unitário – frequência no rotor elevada
Reatâncias se tornam consideráveis
1 2 3X X X X
Corrente se distribui preferencialmente nas camadas superiores
Redução da área efetiva para passagem de corrente
Aumento da resistência efetiva
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Profundidade das barras pode ser projetada para ter uma resistência efetiva muito maior na partida que em operação nominal
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Rotor em gaiola dupla
A barra superior tem seção reta menor e, consequentemente, tem resistência mais elevada
Na partida, a corrente está concentrada na parte superior, assim Rbarra = Rbarra_superior
Quando o motor acelera, a corrente
se distribui de maneira mais uniforme e Rbarra = Rbarra_superior em paralelo com Rbarra inferior
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L’2 – Indutância por fase da barra superior
L’’2 – Indutância por fase da barra inferior
R’2 – Resistência por fase da barra superior
R’’2 – Resistência por fase da barra inferior
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Classes de aplicação
Utilizando variações entre rotores de gaiola simples, com barras profundas e gaiola dupla os motores de indução podem ser projetados para terem diversas características de funcionamento
Diversos modelos padronizados estão disponíveis para atender a diferentes exigências de partida e funcionamento
Conforme as suas características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga
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NBR 7094
Categoria N – são os motores de uso geral, isto é, aqueles que tem torque e corrente de partida normais e baixo escorregamento em operação normal. Aplicações típicas: ventiladores, bombas e máquinas ferramentas.
Categoria D – Motores de torque de partida alto, corrente de partida normal e escorregamento maiores que 5 %. Aplicações típicas: cargas que apresentam picos periódicos e que necessitam de alto torque de partida com corrente de partida limitada tais como elevadores e pontes rolantes.
Categoria H – Motores projetados para que produzam torque de partida elevado, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Aplicações típicas: cargas de inércia elevada como correias transportadoras e moinhos
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NBR 7094
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NEMA
Classe A – Usualmente possuem rotor de gaiola simples de baixa resistência. Bom desempenho em condições nominais, Baixo escorregamento (menor que 5%) e rendimento elevado. Corrente de partida elevada (5 a 8 vezes In). Torque de partida normal (1,5 a 1,75 vezes torque nominal).
Classe B – Motor com rotor em barras profundas. Aproximadamente mesmo torque de partida da classe A, mas com a corrente de partida menor. Torque máximo inferior ao da classe A. Baixo escorregamento.
Classe C – Utiliza a gaiola dupla. Baixa corrente de partida. Torque de partida elevado. Escorregamento mais elevado que os classe A e B.
Classe D – Normalmente em gaiola simples e rotor de alta resistência. Torque de partida elevado. Corrente de partida reduzida. Escorregamento elevado, baixo rendimento.
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NEMA
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Exemplo O circuito aproximado de um MIT 60 Hz, 1710 RPM, gaiola dupla é mostrado. As impedâncias de rotor bloqueado são Gaiola externa: 4 +j1,5 Gaiola interna: 0,5 + j4,5 Desprezando R1 + jX1
a) Determine a razão entre as correntes das gaiolas internas e
externas na partida e em velocidade nominal
b) Determine o torque de partida em relação ao nominal
c) Determine a razão entre os torques de cada gaiola na partida e nominal