TRABALHO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS MOTOR DAHLANDER

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1 TRABALHO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS MOTOR DAHLANDER 1

2 ÍNDICE Introdução 03 Motor Dahlander Trifásico 03 Conclusão 09 Bibliografia 10 Universidade Paulista UNIP Engenharia Elétrica Maquinas Elétricas Prof. Michel Turma EE7P30 Alunos: Diego Cruz dos Santos; Gleison Salvador; Leandro Henrique da Silva; Paulo Victor ; Roberto Akira kitahara: Tiago Cunha: William da Silva Araújo:

3 INTRODUÇÃO O motor de indução é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - de baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos de motores elétricos mais comuns são: Motores de corrente contínua; São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam 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 grandes flexibilidade e precisão. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação. Motores de corrente alternada. São mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. 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, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Dentro da categoria de motores elétricos de indução, existem os motores elétricos industrias de múltiplas velocidades. Estes motores funcionam em várias faixas de velocidades, ou seja, são motores elétricos construídos para duas, três ou até quatro velocidades distintas. Os motores de múltiplas velocidades apresentam-se em dois tipos: Com dois enrolamentos para duas velocidades; Com um enrolamento para duas velocidades. Entretanto, este trabalho irá tratar apenas dos motores de indução elétrica de múltiplas velocidades com um enrolamento para duas velocidades. Porém, para que haja uma boa compreensão do princípio de funcionamento deste motor, faz-se necessário o entendimento de alguns conceitos básicos e importantes como: Princípio de funcionamento de motor elétrico de indução; Formação de pólos no motor elétrico de indução. Motor Dahlander Abaixo, vemos o comportamento dos pólos em motores do tipo Dahlander, perceba que a quantidade de pólos sempre é o dobro da outra, que resulta também em velocidades sempre o dobro da outra. 4 ou 2 pólos = 1800 / 3600 RPM; 8 ou 4 pólos = 900 / 1800 RPM; 12 ou 6 pólos = 600 / 1200 RPM; 16 ou 8 pólos = 450 / 900 RPM. Esses motores com um enrolamento para duas velocidades são conhecidos como "Motor Dahlander". Logo, "Motor Dahlander" é o motor que possui um enrolamento especial, que poderá receber dois fechamentos distintos denominados fechamentos Dahlander. Este motor atende a situações que exigem duas velocidades, desde que as velocidades estejam na relação 1:2. Por outro lado, tanto no aspecto físico como nas características de construção, o motor Dahlander não apresenta grandes diferenças com relação aos motores elétricos que conhecemos, com exceção do enrolamento. A pergunta é: "Como pode um só enrolamento possibilitar duas polaridades e, conseqüentemente, duas velocidades distintas, com apenas uma mudança no fechamento das pontas do enrolamento. Vejamos abaixo como origina-se este tipo de ligação: 3

4 Nos motores elétricos de um enrolamento para uma velocidade, as bobinas de uma mesma fase são ligadas de forma que, se a primeira forma o pólo sul, a seguinte forma o pólo norte a assim sucessivamente, caso o motor tenha maior número de pólos. Lembremos que sempre o pólo magnético é o que atua sobre o rotor. Porém não podemos esquecer que, se uma bobina forma um pólo norte na parte superior, aquela que vai atuar diretamente sobre o rotor, teoricamente ela estará formando um pólo sul na parte inferior, que não atua diretamente sobre o rotor e vice-versa. Esses pólos que as bobinas estarão teoricamente formando, na realidade não existem, pois nesse caso o circuito magnético se completa pelo estator. Venha a figura abaixo para melhor compreensão. Recordando agora o conceito sobre o sentido das linhas de força magnéticas, que diz: "As linhas de força seguem sempre do pólo norte para o pólo sul". Teremos o seguinte circuito: Note que o circuito magnético ocorre entre os pólos formandos pelas bobinas, ou seja: "A linhas de força magnéticas partem do pólo formado por uma bobina e penetram no pólo formado pela bobina seguinte". Logo, os pólos que irão atuar sobre o rotor são somente aqueles formados pelas bobinas. 4

5 Por isso, a este pólos chamamos de pólos ativos, ou seja, são os pólos formados pelas bobinas. Como nos motores Dahlander um só enrolamento possibilita duas velocidades diferentes. Lembre-se de que o bobinado obedece a ligação denominada ligação Dahlander. De acordo com o fechamento, é possível a formação de duas polaridades diferentes. Vamos ver, a seguir, como isso é possível. Observe, abaixo, o diagrama do motor cujo bobinado está obedecendo à ligação Dahlander. Observe, quando o fechamento do motor for para dois pólos, a corrente elétrica circulará no sentido indicado pelas setas, em um determinado momento e em sentido oposto no momento seguinte, devido à inversão de sentido da CA. Percebemos a formação dos pólos de acordo com o sentido da circulação da corrente elétrica. portanto, em ambos os momentos, quando este motor estiver fechado para dois pólos, as linhas de força partem: "De um dos pólo, formado por uma bobina, diretamente para o pólo formado pela bobina seguinte". Dessa forma, podemos afirmar que, quando o motor estiver fechado para dois pólos, os dois pólos formados pelas bobinas estarão atuando sobre o rotor. Por isso, estes pólos também são chamados de pólos ativos. Veremos em seguida o fechamento desse motor para quatro pólos. Vamos ver o que ocorre com a circulação da corrente elétrica nessa situação. 5

6 Considerando a inversão do sentido da CA, percebemos que quando o motor Dahlander é fechado para quatro pólos, a ponta que sai do centro das ligações da bobinas fica isolada. A corrente elétrica irá circular no mesmo sentido nas duas bobinas. Dessa maneira, em um momento, a corrente forma dois pólos sul e, no momento seguinte, dois pólos norte. Observe a figura abaixo o momento em que a corrente forma dois pólos norte. Veja a seguir, o que ocorre com as linhas de força magnética. Vimos que as linhas de força magnéticas não de um pólo criado por uma bobina até o pólo formado pela bobina seguinte. Neste caso, ambas as bobinas formam pólos de polaridades iguais, fazendo surgir entre esses pólos iguais, outro pólos. Por esta razão, esses dois novos pólos são chamados de pólos conseqüentes, ou seja, são pólos formados entre os pólos ativos. Veja na figura abaixo para melhor compreensão do texto descrito acima. 6

7 Portanto, de acordo com o tipo de fechamento realizado no motor Dahlander, podemos ter: Dois pólos ativos ( Alta velocidade). Dois pólos ativos e dois pólos conseqüentes (baixa velocidade). Tanto na formação de dois pólos como na formação de quatro pólos, esse pólos atuam sempre sobre o rotor. Verifica-se, pois que o motor bobinado com a ligação Dahlander possibilita dois fechamentos distintos: Um para velocidade baixa; Outro para velocidade alta. Até o momento, para melhor compreensão, utilizamos em nossa explicação somente um jogo de bobinas que corresponde a uma fase. Como o motor Dahlander é um motor trifásico, possuindo, portanto, três jogos de bobinas, veja abaixo a ilustração da ligação dos jogos de bobinas no motor Dahlander. Perceba, que as ligações são as mesmas. Porém atente para o seguinte: Depois que o enrolamento do motor Dahlander for ligado internamente em triângulo, seis pontas são colocadas na caixa de ligação; Essas pontas são codificadas diferentemente, para que possamos identificá-las, ao fazer o fechamento para baixa e alta velocidade; São identificadas pelas letras: Ua, Va, Wa, Ub, Vb, Wb, X, Y e Z. 7

8 Note que o fechamento interno em triângulo as pontas X, Y e Z deixam de existir, pois a união das pontas: Z e Ua será denominada ponta Ua; Y e Xa será denominada ponta Xa; X e Va será denominada ponta Va. Observe abaixo as duas formas de ligação externa para o motor Dahlander. Ou seja, em triângulo para baixa velocidade e duplo estrela para alta velocidade. O motor Dahlander pode ainda dispor de mais um enrolamento, é o que possui dois enrolamentos distintos, sendo um comum e o outro com ligação Dahlander. Esse motor possibilita três velocidades diferentes, uma vez que o motor comum pode, por exemplo, ser para 06 pólos enquanto que o enrolamento Dahlander pode ser para 04 e 02 pólos. Com tudo, este tipo de motor tem aplicação geral em maquinas que necessitam de três velocidades distintas. A única diferença desse motor com relação aos outros é só uma, é que nesse motor ambos os enrolamentos estão alojados em um único estator. Como são enrolamentos distintos, não há ligação elétrica entre eles; Por estar no mesmo estator, o enrolamento Dahlander não pode ser fechado em triângulo. Esse fechamento só será utilizado no momento de sua utilização. Além do motor de três velocidade descrito anteriormente, dispomos ainda de um motor que possui quatro velocidade. Este tipo de motor possui em seu estator dois enrolamentos Dahlander. Por esta razão permite quatro velocidades distintas, isto é, cada enrolamento Dahlander possibilita duas velocidades distintas entre si. Enquanto um enrolamento possibilita 12 e 06 pólos, o outro enrolamento possibilita 08 e 04 pólos. Outras combinações dos números de pólos e, conseqüentemente, das velocidades, são possíveis neste motor. É fácil perceber então que este tipo de motor: Tem aplicação geral em máquinas que necessitam de quatro velocidades distintas; Não apresenta diferença com relação ao motor convencional, executando-se seu bobinado. Como podemos perceber, um dos enrolamentos é para 12 e 06 pólos e o outro é para 08 e 04 pólos. Logo, por se tratar de enrolamentos separados, não deverá existir ligação elétrica entre eles. No motor duplo Dahlander, os enrolamentos Dahlander não são fechados em triângulo internamente. Portanto, cada enrolamento Dahlander é composto de nove pontas ligadas aos terminais da placa de ligação. Por sua vez, a placa de ligação é composta por dois grupos de nove terminais. Vejamos um exemplo de uma aplicação de um motor Dahlander na ponte rolante do sistema de cal da estação de água de Brasília, nas fotos abaixo. 8

9 CONCLUSÃO Para trabalho de equipamentos como empilhadeiras, guinchos, centrífugas, pontes rolantes ou equipamentos que necessitam uma relação de velocidade e torque, motores do tipo Dahlander atendiam razoavelmente essas funções até certo período atrás. Com o surgimento da eletrônica de potência a partir da década de 70, motores de função especifica como os motores do tipo Dahlander passaram a ser substituídos por motores de indução acionados através circuitos de eletrônica como chaves de partida suave (soft stater), PWM, inversores de freqüência entre outros. Assim a eletrônica substituiu a mecânica e eletricidade em alguns campos de uso, tendo em seu favor elementos com o semi controler retificer (SCR), o insulator gate bipolar transistor (IGBT), triristores em conjunto com microcontroladores, clps e microprocessadores. Bons exemplos a se citar como a chave de partida suave SMC FLEX da fabricante ALLEN BRADLEY que possui a configuração de partida por rampa dupla e impulso de rampa regulável, onde é possível partir com duas velocidades diferentes e varia de 0% a 90% do torque de rotor travado ou a função encode do inversor de freqüência power flex 700 do mesmo fabricante que permite que o motor funcione com um torque inicial maior e passar para um torque mais baixo ao longo do processo como funciona um elevador ou um guindaste de contêineres portuários. Portanto motores do tipo Dahlander são mais utilizados em situações para não elevar o custo com a utilização de equipamentos eletrônicos de controle e possibilitar mudanças discretas de velocidade. 9

10 BIBLIOGRAFIAS 1. Módulo Instrucional 33 - Motor Elétrico Industrial; SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Nacional. 2. Módulo Instrucional 35 - Conjugado do Motor Elétrico Industrial; SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Nacional. 3. Módulo Instrucional 36 - Motor Elétrico industrial de Múltiplas Velocidades; SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Nacional. 4. Apostila WEG Motores. 10