Apresentação motores de indução

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MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

Centro de Ensino Superior dos Campos Gerais

ALUNOS: DEISE CAMPOSFELIPE RAUTTERGILNEI SOUZAMARCELO C. GOMESSADI SCHIAVON

DISCIPLINA: CONVERSÃO DE ENERGIAPROF: PAULO7° Período Noturno - 2011

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Introdução

O ano de 1866 pode ser considerado o ano donascimento da máquina elétrica, pois foi neste anoque o cientista Werner Siemens inventou o primeirogerador de corrente contínua auto-induzido.E o Motor de indução existe desde 1885, quando foiinventado quase simultaneamente, por GalileuFerraris e Nicolas Tesla.Atualmente o motor de indução (ou motorassíncrono) trifásico tem um campo de aplicaçãoilimitado, e é o mais utilizado na industria,desdefrações de CV até milhares de CV. Estima-se que90% dos motores fabricados sejam de indução.

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Introdução

Evolução do Motor Elétrico Peso x Potência

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Introdução

O desenvolvimento de condutores esmaltados, dospapeis, filmes isolantes sintéticos, chapasmagnéticas, ligas de alumínio e dos materiaisplásticos contribuíram notoriamente para a reduçãoda relação peso x potência dos motores elétricos.Observando-se o peso de um motor de mesmapotência no decorrer do tempo, podemos verificarque o motor atual tem apenas 8% do peso de seuantecessor em 1891.

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Introdução

Esta evolução tecnológica é caracterizadaprincipalmente, pelo desenvolvimento de novosmateriais isolantes, os quais suportam temperaturasmais elevadas. Atualmente os motores elétricosestão presentes em praticamente todas asinstalações industriais,comerciais e residenciais.

Exemplos são os minúsculos motores que acionamos discos rígidos dos computadores, a infinidade demotores que acionam nossos eletrodomésticos e osgigantes motores que movimentam bombas,compressores, ventiladores, moinhos, extrusoras eoutras infinidades de aplicações.

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Introdução

Universo Tecnológico dos Motores elétricos

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Características Construtivas

Todos os motores elétricos têm em comum várioselementos construtivos. Adicionalmente, cada tipode motor possui certos elementos específicos que ocaracterizam.

Entre os elementos comuns a todos os tipos demotores, estão as partes estruturais como: carcaça,estator, tampas, mancais, rotor, guias de ar,ventiladores externos e internos, trocador de calor),caixas de ligação principal e dos acessórios, flange,acessórios, etc.

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Partes Principais do Motor de Indução

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ESTATORCarcaçaNúcleo Enrolamento

ROTORNúcleo Enrolamento Eixo

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Carcaça Soldada

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Carcaças Fundidas

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O núcleo é constituído por um pacote de chapas de ferro de alta permeabilidade e baixas perdas isoladas entre si.

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O enrolamento do estator é constituído porbobinas de fio de cobre esmaltado que ficamalojadas nas ranhuras existentes na periferiainterna do núcleo do estator. Esteenrolamento pode ser projetado para alta oubaixa tensão, dependendo da potência domotor.

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Enrolamento do estator

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O rotor é a parte girante da máquina,composta de núcleo, enrolamento e eixo. Onúcleo do rotor desempenha as mesmasfunções magnéticas que o núcleo do estatore também é constituído por lâminas de ferro,formando um cilindro com ranhuras na suaperiferia externa.

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O número de ranhuras do estator e do rotor sãodiferentes e as ranhuras do rotor são inclinadasem relação ao eixo.

Através destes dois artifícios impede-se quedentes do estator e do rotor confrontem-se,proporcionando um ponto de mínima relutânciapara o fluxo, o que dificultaria a partida nestaposição e produziria um toque não uniformecom zumbido de origem magnética durante ofuncionamento do motor.

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Entre o núcleo do estator e do rotor existeuma pequena região de ar, o entreferro, quepermite ao rotor girar livremente.

Quanto a forma do enrolamento do rotor, osmotores podem ser de dois tipos: Rotor de gaiola de esquilo (rotor em curtocircuito); Rotor bobinado (rotor de anéis).

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ROTOR DE GAIOLA DE ESQUILO

É o rotor mais utilizado, possui enrolamentode barras condutoras, geralmente de cobreou alumínio alojadas nas ranhuras do rotor.Estas barras estão permanentemente curto-circuitadas por anéis existentes em cadaextremidade. O conjunto de barras e anéisse assemelha a uma gaiola de esquilo.

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Rotor de Gaiola de Esquilo

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Rotor de alumínio injetado

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Rotor de Barras

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Rotor de barras com canais radiais de ventilação

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O rotor bobinado possui um enrolamento de fio decobre esmaltado, semelhante ao do estator, distribuídonas ranhuras do núcleo do rotor.

Os terminais são conectados a três anéis condutoresisolados entre si e do eixo. Estes anéis estão emcontato através de escovas a um reostato trifásicoexterno.

A função do reostato de arranque ligado aosenrolamentos do rotor, é a de reduzir as correntes dearranque elevadas, no caso de motores de elevadapotência.

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Rotores Bobinados

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Rotores Bobinados

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Princípio de Funcionamento

Para o perfeito funcionamento de um motorde indução trifásico, além do motornecessitamos de um sistema de correntealternada trifásica. Este sistema é formadopela associação de três sistemasmonofásicos de tensão V1, V2, V3, tais quea defasagem entre elas seja de 120°.

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Sistema Trifásico

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Campo Girante

Quando uma bobina é percorrida por umacorrente elétrica, é criado um campomagnético dirigido conforme o eixo dabobina e do valor proporcional da corrente.

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Campo Girante

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Campo Girante Trifásico

O enrolamento trifásico é formado por trêsenrolamentos monofásico espaçados em120°, quando este sistema é alimentado pelosistema trifásico, as correntes I1,I2 e I3criarão do mesmo modo campos magnéticosH1,H2 e H3 espaçados entre si de 120°.Além disso, como são proporcionais, asrespectivas correntes serão defasadas notempo também em 120°

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Campo Girante Trifásico

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Campo magnético resultante

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Quando um enrolamento trifásico é alimentado porcorrentes trifásicas, cria-se um "campo girante", como sehouvesse um único par de pólos girantes, de intensidadeconstante. Este campo girante, criado pelo enrolamentotrifásico do estator, induz tensões nas barras do rotor(linhas de fluxo cortam as barras do rotor) as quaisgeram correntes e, conseqüentemente, um campo norotor, de polaridade oposta à do campo girante.

Como campos opostos se atraem e o campo do estator(campo girante) é rotativo, o rotor tende a acompanhar arotação deste campo. Desenvolve-se então, no estator,um conjugado que faz com que ele gire, acionando acarga.

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Velocidade Síncrona

A velocidade síncrona do motor é definida pelavelocidade de rotação do campo girante, a qualdepende do número de pólos (2P) do motor e dafreqüência (f) da rede, em ciclos por segundo(Hz).O campo girante percorre um par de pólos (P) acada ciclo. Assim a velocidade de campo será:

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Fórmula para cálculo da rotação síncrona

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Cálculo da Velocidade Síncrona

Calcule a rotação síncrona de um motor de 6pólos, para rede de 60 Hz.

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Rotação Síncrona

O número de pólos do motor terá de sersempre par, para formar os pares de pólos.A tabela abaixo demonstra algumasvelocidades síncronas usuais:

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Rotação Síncrona

Para motores de dois pólos, o campo percorreuma volta a cada ciclo. Assim, os graus elétricosequivalem aos graus mecânicos.Para motores com mais de dois pólos teremos,de acordo com o número de pólos, um giro“geométrico” menor.Por exemplo, para um motor de seis pólos emum ciclo completo, um giro de 360° elétricos2/6 = 120° geométricos.

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Fator de Serviço

O fator de serviço é aplicado à potêncianominal, indica a carga permissível que apode ser aplicada continuamente ao motor,sob condições especificadas. Este fator tratade uma sobrecarga contínua, ou seja, umareserva de potência que dá ao motor umacapacidade de suportar melhor ofuncionamento em condições desfavoráveis.

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Fator de Serviço

O fator de serviço não deve ser confundidocom capacidade de sobrecarga momentâneadurante alguns minutos, pois geralmente osmotores suportam até 60% de sobrecargadurante 15 segundos (WEG).

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Escorregamento

Se o motor gira a uma velocidade diferente davelocidade síncrona, ou seja, diferente da velocidadedo campo girante, o enrolamento do rotor “corta” aslinhas de força magnéticas do campo e, pelas leis doeletromagnetismo, circularão nele correntes induzidas.Quanto maior a carga, maior terá que ser o conjugadonecessário para acioná-la. Para obter o conjugado, teráque ser maior a diferença de velocidade para que ascorrentes induzidas e os campos produzidos sejammaiores. Portanto, a medida que a carga aumenta, caia rotação do motor.

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Escorregamento

Quando a carga é zero (motor em vazio) o rotor girarápraticamente com rotação síncrona. A diferença entre avelocidade do motor (n) e a velocidade síncrona (ns)chama-se escorregamento (s), que pode ser expressoem “rpm”, como fração da velocidade síncrona ou comoporcentagem desta.

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Escorregamento

EXEMPLO: Qual o escorregamento de ummotor de indução de 6 pólos, sabido que arotação de seu eixo e de 1170rpm?Conforme demonstrado: ns = 1200.

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Rendimento

O motor elétrico absorve energia elétrica dalinha e a transforma em energia mecânicadisponível na ponta do eixo.

O rendimento define a eficiência com que é feitaesta transformação.

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Fator de Potência

O fator de potência, denominado por cos é oângulo de defasagem entre a tensão e acorrente. É a relação entre a potência elétricareal ou potência ativa e a potência aparente.

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O Circuito Equivalente

Para conduzir os cálculos de análise de operação efacilitar o cálculo de desempenho é desejável ter umcircuito equivalente:

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Placa de Motor Trifásico

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Categorias

A ABNT, através da NBR – 15628, classifica osmotores de indução trifásicos de rotor em gaiolanas categorias abaixo conforme a sua curva detorque;

CAT N – Rotor de gaiola de simples de baixaresistência;

CAT D – Rotor de gaiola simples de altaresistência;

CAT H – Rotor de dupla gaiola; Sem categoria – Rotor bobinado.

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Categoria N

São caracterizados por: um conjugado de partida baixo (0,65 a 2Tn); alta corrente de partida (5 a 9xIn); pequeno escorregamento (Sn<5%) em regime

permanente; ótimo rendimento.

Ex: ventiladores, compressores, bombas centrífugas e outros.

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Categoria D

São caracterizados por: torque de partida elevado (Tp ≥ 2,75Tn); corrente de partida normal (4 a 6xIn); alto escorregamento (Sn entre 5% e 15%); baixo rendimento; grande regulação de velocidade.

Ex: tesouras, guilhotinas, britadores e outros

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Categoria H

um alto torque de partida (Tp = 2 = 2Tn); alta corrente de partida (5 a 9xIn); pequeno escorregamento (Sn < 5%) em

regime permanente; alto rendimento.

Ex: elevadores, esteiras transportadoras, guindastes, pontes rolantes e outros.

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Classes de Isolamento

As classes de isolamento utilizadas emmáquinas elétricas e os respectivos limitesde temperatura conforme NBR-7094, são:

Classe A (105°C) Classe E (120°C) Classe B (130°C) Classe F (155°C) Classe H (180°C)

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As classes mais comuns são A, E e B; A classe F é a comumente utilizada em

motores de alta tensão. Os motores com carcaça de alumínio quase

sempre são classe H.

Classes de Isolamento

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Vídeo – Campo Girante

Demonstração da existência do campo girante no motor de indução trifásico

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Referências Bibliográficas

www.weg.com.br TAVARES, Adilson. Máquinas de corrente

alternada. 1ª Ed. ETFPEL: Autores Associados, 1997

FILHO, Guilerme Fillipo. Motor de indução. Ed. Érica,

Fitzgerald, Kingsley E Umans. Máquinas elétricas. Bookman

http://www.weg.com.br/�

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OBRIGADO!

Engineering

Apresentação motores de indução