Escola Superior de Tecnologia de Viseu. A máquina assíncrona. Departamento de Engenharia Electrotécnica
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- Yasmin Carlos Meneses
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1 Escola uperior de Tecnologia de Viseu A máquina assíncrona Departamento de Engenharia Electrotécnica
2 Aspectos construtivos: generalidades ÓTO generalidades Conjunto de espiras em curto-circuito circuito De Gaiola de Esquilo Bobinado Alumínio fundido Barras Cobre soldadas ETÁTO TO Enrolamento trifásico distribuído do em ranhuras a 10º Aleatório: de fio esmaltado ré-formado CICUITO MAGNÉTICO Conjunto de chapas de Ferro com ilício isoladas e juntas
3 Aspectos construtivos: rótor Barras Anéis ótor de anéis oldados Anéis Fotografías as das oficinas de reparação da ABB - Gijón ótor de alumínio Fundido
4 Chapa magnética Anel de Curto-circuito ótor ótor Catá Catálogos comercais Barra de cobre Vista de ótor de de um um rrótor de arte final rotor Gaiola de Esquilo com arafuso de Fixação da barras de cobre soldadas chapa magnética
5 ótor bobinado: Colector de anéis L. errano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Anéis deslizantes O rótor r é curto- circuitado pelo exterior através s das escovas e dos anéis deslizantes Anéis deslizantes Escovas L. errano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas
6 Aspectos construtivos: estátor tor Evitar contacto entre condutores a diferente tensão Fotografías as das oficinas de reparação da ABB - Gijón Fotografías as das oficinas de reparação da ABB - Gijón ENOLAMENTO DE FIO Tensão<600V ENOLAMENTO E-FOMADO Tensão>300V Os materiais empregues nos isolamentos são em geral de tipo orgânico
7 Diferenças entre enrolamentos de fio e pré-formados Enrolamento de fio Forma construtiva dos Enrolamentos Enrolamento de barra Baixa tensão < kv otência < 600CV Colocação aleatória do enrolamento na ranhura Barras de cobre isoladas Alta tensão e potência Colocação ordenada das bobinas
8 isolamento estatórico em motores com enrolamentos pré- formados Bobina superior Bobina inferior Cunha Núcleo do estátor Condutor elementar Isolamento Bobinas do estátor Espira Habitualmente colocam-se duas bobinas por ranhura. Cada espira pode estar constituída por vários condutores elementares O isolamento entre con- dutores elementares é diferente do isolamento para a massa.
9 isolamento estatórico em motores com enrolamentos pré-formados MUO IOLANTE: elemento de maior espessura que separa o conjunto da bobina do exterior. Deve estar dimensionado para suportar a tensão correspondente ao nível de isolamento da máquina. IOLAMENTO ENTE EIA E CONDUTOE ELEMENTAE: As espiras podem estar formadas por condutores individuais para reduzir as perdas. É necessário que exista isolamento entre elas e entre os condutores que as formam. CINTA E COBETUA DE OTECÇÃO: utilizam-se cintas e coberturas protectoras para proteger as bobinas nas zonas da ranhura.
10 Aspecto físico dos motores assíncronos Catálogos comerciais Catálogos comerciais Motor de 5kW, 00V para o accionamento de uma bomba. Fabricado em ittsburg pela Westinghouse em 1900 e em funcionamento até 1978 Motor de inducção de 1000 kw, 4 kv e 3600 M para o accionamento de um compressor.. Fabricado pela Westinghouse actualmente
11 Aspecto físico: motores de BT Catálogos comerciais
12 Aspecto físico: formas construtivas normalizadas Catálogos comerciais
13 Ligação dos enrolamentos U1 V1 W1 U1 V1 W1 Caixa de Terminais W U V Ligação em estrela U U1 V V1 W W1 lacas de cobre U1 V1 W1 W U V Ligação em triângulo U V W Enrolamentos do motor Caixas de terminais Catálogos comerciais
14 Vista em corte de um motor de MT eforços os da carcassa Catálogos comerciais Núcleo magnético estátor tor Testas de bobina Núcleo magnético rótor Fixação rolamentos eforços os rótor
15 Desmontagem de um motor de BT Catálogos comerciais
16 rincípio de funcionamento T ótor Estátor Origem de ângulos O ETÁTO DUM MOTO AÍNCONO ETÁ FOMADO O 3 ENOLAMENTO EAADO NO EAÇO DE 10º. Na figura apenas se representa uma espira de cada um dos enrolamentos (,,,, TT ) T I I max Cos( ϖ 1 t) ) I I max Cos( ϖ 1 t 10 º ) I T I max Cos( ϖ 1 t 10 º ) 1 O 3 ENOLAMENTO ÃO ALIMENTADO O UM ITEMA TIFÁICO DE TENÕE. LOGO, A COENTE QUE CICULAM NA EIA ÃO INUOIDAI E ETÃO DEFAADA DE 10º
17 rincípio de funcionamento N N f 60 Velocidade Estátor ótor otor Velocidade de sincronismo f π t Campo girante F ucessivas posições do campo Avanço do campo N α O campo magnético resultante das três correntes de fase é um campo que roda no espaço a 60*f/ M. Onde é o número de pares de pólos do estátor tor (depende da forma de ligação das bobinas que o formam) e f a frequência da rede.
18 rincípio de funcionamento: simulação T0.340 s T0.35 s T0.370 s
19 rincipio de funcionamento: simulação MOTO DE AE DE ÓLO T1 T1,015
20 rincípio de funcionamento Motor assíncrono Estátor tor ótor Enrolamento trifásico a 10º alimen- tado com sistema trifásico de tensões Espiras curtocircuitadas istema Trifásico Enrolamento trifásico a 10º Campo girante 60f/ Circulação de corrente nas espiras do rótor Espiras em cc submetidas a tensão FEM induzida pelo campo girante nas espiras do rótor Lei de Biot - avart Força sobre as espiras do rótor Binário sobre o rótor otação da Máquina
21 rincípio de funcionamento O MOTO AÍNCONO ODA EME COM VELOCIDADE INFEIO À VELOCIDADE DE INCONIMO: CAO CONTÁIO IO NÃO E INDUZ FOÇA ELECTOMOTIZ NO ÓTO DA MÁQUINA E NÃO HÁ BINÁIO MOTO QUANDO TABALHA EM VAZÍO, ODA MUITO ÓXIMO DA VELOCIDADE DE INCONIMO. NEE CAO, O ÚNICO BINÁIO MOTO DEENVOLVIDO ELA MÁQUINA É AENA O NECEÁIO AA COMENA A EDA
22 Vantagens dos motores de indução VANTAGEN DO MOTOE AÍNCONO A única alimentação eléctrica que recebem faz-se através da linha trifásica que alimenta o enrolamento estatórico. NÃO HÁ ECOVA OU ANÉI DELIZANTE. O rotor de gaiola é extremamente robusto. Tem binário de arranque. Não tem problemas de estabilidade mediante variações bruscas de carga. Aumento do binário resistente edução da velocidade Maior FEM Maior corrente no rótorr Maior binário motor Estabilidade
23 Inconvenientes dos motores de indução INCONVENIENTE DO MOTOE AÍNCONO A corrente de arranque é muito superior à corrente de funcionamento nominal. Entre 3 e 6 vezes superior. Em muitos casos é necessário dispôr de procedimentos especiais de limitação da corrente de arranque. A variação da velocidade implica a variação da frequência de alimentação: é necessário dispôr dum conversor electrónico que converta a tensão da rede numa tensão de frequência variável. vel. MÓDULO ECTIFICADO TIFÁICO 3 FAE 50 Hz BU DE CC MÓDULO ITEMA INVEO DE TIFÁICO FILTO ONDA ECALONADA 3 FAE DE f VAIAVEL f VAIAVEL
24 Escorregamento nas máquinas assíncronas Velocidade de deslizamento N des N N N Nm N Velocidade mecânica do rótor f 60 Deslizamento ou Escorregamento N des N N m (%) N N { 0 Velocidade de sincronismo 1 ótor parado (%) ω ω ω m 100 N m O MOTOE DE INDUÇÃO TABALHAM EME COM VALOE MUITO BAIXO DE : <5% N N 1 m 1 ( ) N ( ) N N ω m 1 ) ( 1 ω
25 Frequência no rótor das máquinas assíncronas Frequência da FEM induzida no rótor A mesma que a velocidade relativa do campo em relação ao rótor () edução da Velocidade rotação Aumento da velocidade rotação > velocidade relativa campo relação rótor < velocidade relativa campo relação rotor Aumento frequência induzida rótor Diminuição frequência induzida rótor f rótor f estátor tor No límite: 1; N m 0 No límite: 0; N m N s f rótor tor 0
26 Frequência no rótor das máquinas assíncronas ÓTO BLOQUEADO: N m 0 OTAÇÃO EM VAZÍO: N m N f rótor f estátor tor f rótor 0 f f rotor festator ara qualquer velocidade entre 0 e N f rotor N Nm f estator N f rotor N Nm 60 N f 60 estator
27 Circuito equivalente da máquina assíncrona X s I 1 eactância dispersão estátor tor s esistência estátor tor U 1 E 1 eactância magnetizante estátor tor CICUITO EQUIVALENTE DO ETÁTO TO AA QUALQUE VELOCIDADE DE OTAÇÃO U [ s jx ] I E ALIMENTADO A f 1 frequência da rede EQUIVALENTE O FAE E X I bloq eactância dispersão rótor eactância magnetizante rótor esistência rótor CICUITO EQUIVALENTE DO ÓTO COM A MÁQUINA BLOQUEADA}EQUIVALENTE O FAE [ jx ] I bloq E ALIMENTADO A f 1 frequência da rede [ ] bloq COM ÓTO BLO- QUEADO: f rótor torf estátor tor f rótor f estátor
28 Circuito equivalente da máquina assíncrona A FEM INDUZIDA NO ÓTO É OOCIONAL À VELOCIDADE DO CAMO GIANTE EM ELAÇÃO AO ÓTO () FEM induzida no rótor para uma velocidade qualquer N (corres- pondente a um deslizamento ) A EITÊNCIA OTÓICA ICA NÃO DEENDE DA FEQUÊNCIA E, O TANTO, TAMBÉM M NÃO DE AEACTÂNCIAX X VAÍA COM : QUANDOODELIZAMENTOÉ, O DELIZAMENTO É, X AA A E *X Com o rótor bloqueado induz-se E Em vazío induz-se 0 *E A qualquer velocidade entre 0 e N, ou seja a um deslizamento *E *X I eactância dispersão rótor INDUZ-E: *E Circuito equivalente para o rótor com deslizamento esistencia rótor ALIMENTADO A: A: f *f 1
29 Circuito equivalente da máquina assíncrona CICUITO EQ. OTO A DELIZAMENTO *E *X I eactância dispersão rótor esistência rótor ALIMENTADO A: A: f *f 1 I E [ jx ] I s E s jx. E jx ode-se obter a mesma corrente no circuito alimentado a f 1 trocando apenas por / X É OIVEL OBTE O CICUITO EQUIVALENTE DA MÁQUINA AÍNCONA TABALHANDO AENA COM A FEQUÊNCIA DO ETÁTO. TO. BATA IMULA O EFEITO DE OTAÇÃO COM A EITÊNCIA / I E ALIMENTADO A: f 1
30 Circuito equivalente da máquina assíncrona AA OBTE O CICUITO EQUIVALENTE COMLETO UNEM-E O CICUITO EQUIVALENTE DO ÓTO E DO ETÁTO TO AUME-E E QUE A MÁQUINA AÍNCONA É EQUIVALENTE A UM TANFOMADO (Estátorrimário, torrimário, ótorecundário, rio, com elação Transformaçãor t ) EDUZI-E-Á O ECUNDÁIO (ótor) AO IMÁIO IO (Estátor) tor) X s s X I I 1 U 1 E 1 E E t E r E 1
31 Circuito equivalente da máquina assíncrona X s s I X I 1 U 1 E 1 E E t E r E 1 COMO E 1 E ODEM-E UNI NUM Ó
32 Circuito equivalente da máquina assíncrona X s s I X I 1 U 1 E t E r E 1 ϕ0 I µ Componente magnetizante I 0 Componente I fe de perdas I fe fe I 0 I µ I fe I 0 X µ
33 Circuito equivalente da máquina assíncrona X s s I 0 X I I 1 I µ I fe U 1 X µ fe 1 AEITÊNCIA VAIÁVEL VEL ODE-E DIVIDI EM DUA COMONENTE
34 Circuito equivalente da máquina assíncrona eactância dispersão estátor tor Tensão de fase (Estátor tor) I 1 U 1 esistência cobre estátor tor X s eactância magnetizante s Corrente de vazío eactância dispersão rótor X I I 0 I µ I fe X µ fe esistência pérdas ferro 1 esistência cobre rotor esistência da potência mecânica desenvolvida Todos os elementos do circuito com estão referidos ao estátor tor O circuito equivalente faz-se por fase e com ligação em estrela
35 Circuito equivalente da máquina assíncrona X s s X I I 0 Cosϕ I 1 U 1 (TENÃO DE FAE) I µ X µ I fe fe 1 otência desenvolvida À carga nominal ( baixo), o factor de potência na entrada é alto (cos φ 0,8 aproximadamente) Em vazío (0) o ramo do rótor fica em circuito aberto: ficando o restante circuito primordialmente indutivo fdp 0,1-0, aprox Num motor assíncrono a corrente de vazío não é desprezável
36 Cálculo das perdas na 3V I Cos ϕ 1 1 máquina assíncrona 1 OTÊNCIA ABOVIDA DA EDE ELÉCTICA Cu est Cu ot fe g EDA NO CONDUTOE DO ETÁTO TO (Cu) 3 I 1 E 3 1 fe Cuest 3 I EDA NO CONDUTOE DO ÓTO (Cu) 1 OTENCIA QUE fe fe mi g curot g Dissipa-se se na resistência variável vel 3 I 1 3 I EDA NO FEO. CONIDEAM-E E TODA CONCENTA- DA NO ETÁTO TO. DADO QUE NO ÓTO A FEQUÊNCIA f É MUITO BAIXA OTENCIA QUE ATAVEA O ENTEFEO DA MÁQUINA A potência que atravessa o entreferro é a que se dissipa na resistência total do ramo do rótor ( /) OTÊNCIA MECÂNICA INTE- NA: ATAVEA O ENTEFE- O E ODUZ TABALHO
37 Cálculo das perdas na máquina assíncrona mi 1 g curot g g [ ] g OUTA FOMA DE CALCULO A ATI DO DELIZAMENTO T i Ω mi [ 1 ] Ω g g Ω BINÁIO INTENO: É O BINÁIO TOTAL DEENVOLVIDO INTE- NAMENTE ELA MÁQUINA Velocidade angular de sincronismo Velocidade angular de rotação do rótor U mi erdas mecânicas e rotacionais T U Ω U BINÁIO ÚTIL: É O BINÁIO QUE O MOTO É CAAZ DE DEENVOLVE NO EIXO
38 Cálculo do binário de uma máquina assíncrona I 1 jx s s jx A I U 1 jx µ ode-se desprezar fe CALCULANDO O EQUIVALENTE de THEVENIN ENTE A e B B I 1 V jx jx A B I V Z U 1 jx j µ [ X X µ ] µ [ jx ] j µ jx µ [ X X µ ] µ µ
39 Cálculo lculo do do bin binário rio da da máquina quina ass assíncrona ncrona [ ] X X V I [ ] X X V I jx jx I A B V I 1 jx jx I A B V I 1 [ ] X X j V I [ ] X X j V I [ ] 3 3 X X V I g [ ] 3 3 X X V I g f() T i ) f( T i [ ] 3 X X V T g i Ω Ω [ ] 3 X X V T g i Ω Ω
40 Curvas de resposta mecânica Binário Freio Binário - velocidade >1 0<<1 <0 Motor Gerador Binário máximo Binário Nominal Binário de Arranque Velocidade de sincronismo T i f() ) 1 0 Deslizamento T arr Zona de funcionamento estável 1, T nom como motor T max 1, 8, 7 T nom
41 Curvas de resposta mecânica Binário - velocidade A característica mecânica dos motores de indução é praticamente linear entre o vazío e a plena carga O Binário máximo poderá ser de a 3 vezes o nominal O binário de arranque tem que ser superior ao nominal para permitir que o motor se ponha em marcha ara um determinado deslizamento o binário varía com o quadrado da tensão
42 Binário máximo dum motor de indução I 1 V jx jx A B I O binário será máximo quando a g seja máxima, ou seja quando se transfere a / a máxima potência [ X X ] TEOEMA TANFEENCIA MÁX. OTÊNCIA TMAX [ X X ] T max Ω 3 V [ X ] X
43 O binário máximo dum motor de indução T max TMAX Ω 3 V [ X X ] [ X ] X ar O binário máximo NÃO depende da resistência rotórica rica esistência rotórica rica crescente O deslizamento a que se produz o binário máximo IM DEENDE DE Esta propriedade usa-se se para o arranque mediante inserção de resistências rotóricas ricas nas máquinas de rotor bobinado TMAX3 TMAX TMAX1
44 Ensaio em vazio Condições ensaio: Motor a rodar sem carga V e f nominais U 1 (t) I 0 (t) W1 A W 1 - E i 0 : I 0 U 1 Em vazío 0: X s Z 0 s X µ I µ X I fe fe Z 0 jx Como não circula corrente por pode considerar-se se que nesteensaioasperdasnocu ensaio as no sãosóasdoestátorsó tor W 1 W 0 cu est mec fe 0 0 Impedância por fase do motor Z 0 V { 0 0 Linha 3 I0 3 I X 0 Z 0 0 X s X 0 µ
45 Ensaio de rótor bloqueado Condições ensaio: ótor bloqueado V reduzida e I nominal U cc (t) I 1n (t) W1 A O ensaio realiza-se subindo gradualmente a tensão de ali- mentação até que circule a corrente nominal X s s X V W Z cc I 1n U cc 3 ode-se desprezar o ramo paralelo Tensão de ensaio muito reduzida Corrente em Xµ desprezável Muito poucas perdas Fe Elimina-se o ramo paralelo fe desprezável Z jx X cc cc jxcc cc s X X cc s
46 Ensaio de rótor bloqueado Z cc I 1n U cc 3 X s s X ode-se desprezar o ramo paralelo W 1 W cc Z cc 1 W cuest curot U 3 I cc 1 n cc cc 3 I 1 n CÁLCULO AÂMETO CICUITO EQUIVALENTE Obtém-se por medição directa dosenrolamentosdoestátor estátor tor X exx egra empírica segundo o tipo de motor MOTO CLAE A: MOTO CLAE B: MOTO CLAE C: MOTO CLAE D: X X X X X 0, 4 0, 3 X 0 [ X X ] 0 [ X X ] 0, [ X X ] 0, [ X X ] X 6 X 7
47 Ensaio de rótor bloqueado CÁLCULO AÂMETO CICUITO EQUIVALENTE X µ Depois de aplicar a egra empírica anterior para obter as reactâncias do rótor e estátor tor aplica-se o resultado do ensaio em vazío X X X µ X0 X Obtém-se retirando a CC (Ensaio de rótor bloqueado) o valor de (medição directa) cc
48 Características funcionais dos Corrente nominal motores assíncronos Corriente Corriente A A Corriente Corriente Corrente absorbida absorvida absorbida en em en función função función da de de velocidade la la velocidad Fabricante: EMOD otência: : 7,5 kw Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : M M Corrente de vazio Velocidade de sincronismo
49 Características funcionais dos motores assíncronos otencia otencia W otencia otencia otência eléctrica absorbida absorbida absorvida en em en función função función da de de velocidade la la velocidad otência eléctrica absorvida a plena carga Fabricante: EMOD 8000 otência: : 7,5 kw 8000 Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : M M Velocidade de sincronismo
50 Características funcionais dos motores assíncronos endimento a plena carga endimiento endimento endimiento en em en función função función de da de la velocidade la velocidad velocidad 0,900 0,900 0,800 0,800 0,700 0,700 0,600 0,600 0,500 0,500 Fabricante: EMOD 0,400 0,400 otência: : 7,5 kw 0,300 Tensão: 380 V 0,300 Corrente: : 17 A 0,00 0,00 Velocidade : 946 M 0,100 0,100 ólos: : 6 endimiento endimiento % 0,000 0, M M Velocidade de sincronismo endimento em vazio
51 Características funcionais dos motores assíncronos Factor de potência a plena carga Factor Factor de de potencia potencia 0,9 0,9 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0, 0, 0,1 0,1 Factor de de de potencia potencia potência en em en función función função da de de velocidade la la velocidad Fabricante: EMOD otência: : 7,5 kw Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : M M Velocidade de sincronismo Factor de potência em vazio
52 Características funcionais dos motores assíncronos ar (Nm) ar (Nm) Característica mecânica Característica mecánica em mecánica en zona en zona estable estável estable Fabricante: EMOD otência: : 7,5 kw Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : M M Velocidade de sincronismo
53 Características funcionais dos motores assíncronos NÚMEO DE ÓLO VELOCIDADE INCONIMO (M) VELOCIDADE DE OTAÇÃO TÍICA Fonte: : ABB Guide for selecting a motor VELOCIDADE TÍICA LENA CAGA
54 Características funcionais dos motores assíncronos Tª 114 ºC: Motor Classe F: Tª max 155 ºC Fabricante: EMOD otência: : 7,5 kw Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : 6 Evolução da temperatura dos enrolamentos desde o arranque até ao regime permanente (equilibrio térmico) t
55 Controlo das características mecânicas dos motores de indução ao nível n do projecto do rótorr Binário esistência rotórica rica crescente e a resistência rotórica rica é elevada o binário de arranque do motor também m o é e a resistência rotórica rica é elevada o binário máximo m do motor aparece com deslizamento elevado TMAX3 TMAX TMAX1 e o deslizamento é elevado a potência mecânica interna é baixa O ENDIMENTO DO MOTO É BAIXO mi [ ] g 1
56 Controlo das características mecânicas dos motores de indução ao nível n de projecto do rótor Motor com elevada { Bom binário de arranque Baixo rendimento MOTO DE ÓTO BOBINADO: VAIAÇÃO DA EITÊNCIA OTÓICA ICA Motor com baixa { Baixo binário de arranque Bom rendimento OLUÇÃO OJECTA UM ÓTO COM CAACTEÍTICA ELÉCTICA VAIÁVEI VEI EGUNDO A VELOCIDADE DE OTAÇÃO
57 Controlo das características mecânicas dos motores de indução ao níveln do projecto do rótor Barras de pequena secção Alta resistencia, baixa reactância de dispersão A menor secção maior Barras de ranhura profunda esistência baixa, reactância de dispersão elevada Dupla gaiola Combina as propriedades das duas anteriores }odem usar-se se dois tipos de material com diferente resistividade A secção e geometría das barras rotóricas ricas determina as propriedades eléctricas e a forma como variam em função da velocidade de rotação da máquinam
58 Controlo das características mecânicas dos motores de indução ao nível n do projecto do rótorr anhura estatórica Circuito equivalente duma barra rotórica rica A reactância de dispersão aumenta com a profundidade tal como o fluxo de dispersão Fluxo de dispersão: concentra-se no interior da gaiola esistência eatância de dispersão
59 AANQUE VALOE ELEVADO f rótor ELEVADA Efeito da reactância de dispersão (πf rótor tor*l dispersão ) MUITO ONUNCIADO Aumento do binário de arranque edução da secção útil: aumenta A corrente circula sós pela parte mais externa da barra CONDIÇÕE NOMINAI VALOE BAIX0 f rótor BAIXA Efeito da reactância de dispersão (πf rótor tor*l dispersão ) MUITO EDUZIDO Melhoria do rendimento Aumento secção útil: edução de e e Binário a corrente circula por toda a secção da barra
60 imulação do efeito real A A 60.69% 60.69% 41.93% 41.93% Itotal Itotal Isup Isup Iinf Nº Iinf Nº barra barra A A 75.65% 75.65% 4.35% 4.35% Itotal Itotal Isup Isup Iinf Iinf Nº Nº barra barra DUANTE O AANQUE CICULA 41,93% DA COENTE ELA ZONA VEMELHA DA BAA MOTO IMULADO Fabricante: IEMEN otencia: 11 kw Tensão: 380 V Corrente: : A Velocidade : 1450 M ólos: : 4 DUANTE O FUNCIONA- MENTO EM CONDIÇÕE NOMINAI CICULA 4,35% DA COENTE ELA ZONA VEMELHA DA BAA
61 imulação do campo real durante um arranque As línhas de campo concentram-se na superficie LÍNHA DE CAMO DUANTE O AANQUE LÍNHA DE CAMO EM FUNCIONA- MENTO NOMINAL
62 Classificação NEMA dos motores segundo o tipo de rótor 3,5 1,5 T/Tnom Tnom Classe C Classe D Classe A Classe B MOTO CLAE A Baixo binário de arranque Binário nominal com <5% Corrente arranque elevada entre 5 8 In endimento elevado Uso em bombas, ventiladores, máquinas ferramenta,, etc, até 5,5 kw ara potências > 5,5 kw usam-se se sistemas de arranque para limitar a corrente
63 Classificação NEMA dos motores segundo o tipo de rótor MOTO CLAE B Binário arranque similar classe A Corrente arranque 5% < classe A Binário nominal com <5% endimento Elevado Aplicações similares à classe A mas com < I arranque ão O MAI UTILIZADO MOTO CLAE D MOTO CLAE C (Dupla gaiola) Binário arranque elevado (o dobro do T nom aprox.) Corrente de arranque baixa Binário nominal com <5% endimento Elevado Aplicações que requerem elevado binário de arranque T max < classe A Binário de arranque muito elevado (> 3 T nom ) Baixa corrente de arranque Binário nominal com elevado (7 17%) Baixo endimento Aplicação em accionamentos intermitentes que requerem uma rápida r aceleração
64 Características mecânicas das cargas mais habituais dos motores de indução T K*N Bombas centrífugas Compressores centrífugos Ventiladores e sopradores Centrifugadoras T K*N rensas Máquinas ferramenta T K/N Bobinadoras Máquinas fabrico chapa T T K Máquinas elevação Correias transportadoras Trituradores e achadores Compressores e bombas de pistão T K * N T K * N T K T K/N N
65 O arranque de motores assíncronos
66 Corrente máxima Duraçãodoarranque Corrente máxima Corrente de vazío até alcançar ar a velocidade máxima A COENTE MÁXIMA NÃO DE- ENDE DA CAGA Corrente nominal até alcançar ar a velocidade máxima Arranque em vazío Fabricante: EMOD otência: : 7,5 kw Tensão: 380 V Corrente: : 17 A Velocidade : 946 M ólos: : 6 Arranque à plena carga Duraçãodoarranque
67 O arranque de motores assíncronos O regulamento de BT estabelece limites para a corrente de arranque de motores. Tornando necessária a utilização de mecanismos especiais durante esta fase que limitem a corrente Métodos de arranque Arranque directo da rede Arranque através s da inserção de resistências no rótor Arranque estrela triângulo Arranque com auto- transformador Arranque com arrancadores estáticos ticos ó para pequenos motores ou nas centrais eléctricas ó para motores de rótor bobinado e de anéis deslizantes Método mais utilizado (e barato) edução da tensão durante o arranque por auto- transformador Controlo do motor durante o arranque por equipamento electrónico
68 O arranque de motores assíncronos T i g Ω 3 Ω V [ X X ] Binário dum motor assíncrono. 1 No arranque 1 BINÁIO DE AANQUE T Arranque g Ω 3 Ω V [ ] [ X X ] I V [ X X ] Corrente rotórica. rica. 1 No arranque 1 T Arranque 3 Ω I Arranque I arranque V [ ] [ ] X X
69 O arranque de motores assíncronos: Arranque por inserção de resistências rotóricas ricas ar 3 esistência rotórica rica crescente 1 ara o arranque da máquina introduzem- se resistências entre os anéis deslizantes e que se vão retirando à medida que aumenta a velocidade de rotação ó é possível para motores de rótor bobinado e anéis deslizantes
70 O arranque de motores assíncronos: arranque por auto-transformador transformador T C1 ara o arranque da máquina introduz-se um auto-transformador transformador redutor (rt>1) C C3 Inicialmente C1 e C estão fechados: O motor arranca com tensão reduzida Nas proximidades da plena carga abre-se C, o motor suporta uma tensão ligeiramente inferior à da rede devido às quedas de tensão no autotransformador M Fecha-se C3: o motor suporta toda a tensão da rede
71 C3 M C1 T C3 M C1 T M C C1 T M C C1 T M C C1 T M C C1 T Fases Fases do do arranque arranque por por auto autotransformador transformador Ligeira Ligeira queda queda de de tensão tensão
72 O arranque de motores assíncronos arranque estrela - triângulo X s I s X arr I arr X V Vlínea h 3 Despreza-se se o ramo em paralelo 1 I arr V Vlínea h 3 Z cc I arranque V 3 Z línea h CC Circuito equivalente do motor durante o arranque O arranque estrela - triângulo consiste em ligar os enrolamentos do motor em estrela durante o arranque da máquina, comutando a ligação para triângulo uma vez que a máquina tenha atingido a sua velocidade O motor ligado em estrela absorve menos corrente e entrega menos binário. De este modo, limita-se a corrente de arranque.
73 O arranque de motores assíncronos: arranque estrela - triângulo II arr-estrela I arr-triângulo Iarr triângulo 3 Vlinha V linha 3 Z cc V linha Z cc Z cc Z cc Z cc T V linha I 3 arr estrela Z CC T I 3 arr triângulo Z cc V Z linha CC I arr estrela I arr triângulo 3
74 Vlinha I arr-estrela T Arranque 3 Ω Arranque Esta relação é válida para as duas ligações. endo a corrente que nela aparece a que circula por Z cc V linha 3 Z cc I V linha I arr-triângulo Z cc I arr triângulo 3 Z cc Z cc Z cc T T Arr estrela 3 Ω II Arr estrela I arr estrela T T Arr triângulo I arr triângulo 3 3 Ω II Z cc Arr triângulo 3 T arr 3T triângulo arr estrela
75 Catálogos comerciais Arrancadores estáticos ticos com microprocessador de potências até 500 kw 700V Arrancador 90 kw 690V Arrancadores estáticos ticos Arrancador 4 kw Arrancador para aplicações navais e militares Catálogos comerciais
76 A frenagem eléctrica de motores assíncronos Existem aplicações em que é necessário poder aplicar um binário de frenagem ao motor que permita detê-lo rapidamente: ascensores, gruas, cintas transportadoras, tracção eléctrica, etc. Neste caso, utilizam-se as propriedades eléctricas da máquina m para efectuar a frenagem. FENAGEM EGENEATIVA O ECUEAÇÃO DE ENEGÍA TIO DE FENAGEM ELÉCTICA FENAGEM O CONTACOENTE OU CONTA-MACHA FENAGEM DINÁMICA (or injecção de CC)
77 A frenagem eléctrica de motores assíncronos ar Curva de funcionamento com pólos Curva de funcionamento com pólos N f f 60 f s N s N s Binário resistente Velocidade (M) FENAGEM EGENEATIVA N s Zona de funcionamento como Travão N s ara travar o motor, alteram-se as ligações do estátor tor passando de pólos a pólos. A travagem consegue-se ao convertendo o motor em gerador. A energía gerada dissipa-se se em resistências ou é devolvida à rede
78 A frenagem eléctrica de motores assíncronos T M T M N N N N 1 N N N N Funcionamento normal: Frenagem a roda num sentido contracorrente: inversão do sentido de rotação >1 Corrente entido anti- horário rio ZONA DE TAVAGEM entido horário rio Binário resistente > 1 LIMITAÇÕE Baixo Binário de frenagem Frenagem na zona instável da curva Binário rio- Durante a frenagem a corrente é muito alta olicitação do rótor r extremamente elevada Necessário construção especial
79 A frenagem eléctrica de motores assíncronos A FENAGEM DINÁMICA consiste em duas acções no funcionamento do motor: Corte da alimentação em Corrente Alternada e injecção de Corrente Contínua nua no estátor tor. A injecção de Corrente Contínua nua provoca a aparição de um campo de eixo fixo que gera um binário de frenagem Catálogos comerciais Equipamento para a frenagem de motores assíncronos por injecção de CC (otência 315 kw) esistências para frenagem reostática tica de motores Catálogos comerciais
80 Cálculo de tempos de arranque e de frenagem J Momento de inércia de um corpo de massa m em relação a Kg m um eixo. r é a distância ao eixo r dm T d ω T [ ] Jmot Jc arg dt Equação da dinâmica de rotação: T é o binário motor, T o binário resistente J mot o momento de inércia do motor, J carg o da carga e ω a velocidade de rotação t arranque ω nominal 0 J mot J T T c arg d ω Integrando a equação obtém-se o tempo de arranque t frenagem ω 0 nominal J T mot J [ T T ] carg frenagem dω T T frenagem frenagem é o binário resistente total se se efectuar a frenagem
81 A variação de velocidade de motores assíncronos Variação da velocidade de rotação da máquina Variação da velocidade do campo girante N 60 f Controlo de velocidade em qualquer gama para qualquer motor Equipamento electrónico para variar frequência da rede Variar f Variar Motores com enrolamentos especiais ó é possivel ter ou 3 velocidades distintas Variação discreta da velocidade Alteração das ligações no estátor tor
82 A variação de velocidade de motores assíncronos: métodos particulares Binário esistência rotórica rica crescente Binário edução de tensão 3 1 Vn 0,8V n Variação de velocidade Variação de velocidade VAIAÇÃO DE VELOCIDADE O INEÇÃO DE EITÊNCIA OTÓICA ICA EM MOTOE DE ÓTO BOBINADO VAIAÇÃO DA VELOCIDADE O EDUÇÃO DE TENÃO BAIXA GAMA DE VAIAÇÃO BAIXA GAMA DE VAIAÇÃO EDUÇÃO DO BINÁIO MOTO
83 A variação de velocidade de motores assíncronos: Variação de frequência N f 60 Binário edução frequência VAIANDO DE FOMA CONTINUA AFEQUÊNCIAODE-EVAIA DE FOMA CONTÍNUA NUA A VELOCIDADE 0,5f n 0,75f n f n Ao reduzir a frequência aumenta o fluxo. ara evitar que a máquina m se sature é necessário manter a relação V/f constante: : ao diminuir f aumenta-se V e vice-versa versa 0,5N 0,75N VAIAÇÃO DA VELOCIDADE O VAIAÇÃO DA FEQUÊNCIA N
84 A variação de velocidade de motores assíncronos: variação de frequência istema eléctrico trifásico ectificador Filtro Inversor Motor de Indução INVEO WM V T1 T3 T5 V V T T4 T6 T mot mot T mot
85 Funcionamento do inversor V T1 T3 T5 V V T T4 T6 T mot mot T mot Tensão do rectificador sem filtro Tensão do rectificador com filtro A tensão depois do condensador é continua
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