Conversão de Energia II

Transcrição

1 Departamento de Engenharia Elétrica Aula 3.4 Motor de Indução Trifásico Prof. João Américo Vilela

2 Torque x velocidade

3 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo Com o rotor parado a frequência do rotor é igual a frequência do estator, à medida que o motor acelera, a frequência da tensão induzida no rotor diminui até um valor muito baixo 2 ou 3 [Hz] a plena carga. A variação da frequência da tensão induzida no rotor poder ser utilizada para variar a impedância do rotor, através do efeito indutivo do fluxo de dispersão da ranhura sobre a distribuição de corrente nas barras do rotor. Esse efeito é similar ao efeito pelicular de condutores submetidos a correntes alternadas.

4 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo O campo de dispersão de uma ranhura é produzido pela corrente que circula na barra presente dentro da ranhura. Esse campo é representado na figura abaixo. Quanto maior o número de linhas de campo circundando numa dada área da barra condutora maior a indutância nessa região. Dessa forma, a indutância aumenta nas regiões mais profundas da barra.

5 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo Quanto maior a frequência da tensão induzida na barra maior a influência da indutância na barra, fazendo com que a corrente se concentre na região mais superficial da barra condutora. Reduzindo a área para circulação da corrente e por conseqüência aumentando a resistência da barra. A figura apresenta o aumento da resistência com a frequência devido a esse efeito pelicular numa barra de rotor retangular feita de cobre com 2,5 [cm] de profundidade.

6 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo Na barra retangular profunda a resistência do rotor na partida é três vezes maior que quando operando na frequência nominal. Para maximizar esse efeito pode-se utilizar uma dupla gaiola de esquilo curto-circuitadas por anéis nas extremidades. A barra superior tem seções retas menores do que as barras inferiores e consequentemente têm uma resistência mais elevada. Na partida do motor a corrente se concentra na barra superior onde existe uma elevada resistência. Em regime operando com baixa frequência a corrente se concentra na barra inferior que apresenta menor resistência.

7 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo A forma das barras influência diretamente na curva de torque pela velocidade do rotor. a) Classe A; b) Classe B; c) Classe C; d) classe D Um projeto adequado das barras permite boas características de partida, sem comprometer demasiadamente a operação em condições nominais.

8 Exercícios 1 Marcar com V as questões verdadeiras e com F as falsas: ( ) A Fig. 1.a apresenta duas configurações de barras do rotor e a Fig. 1.b duas curvas de torque versus velocidade. Sabendo-se que cada configuração da barra do rotor corresponde a uma curva de conjugado, podemos afirmar que a configuração (a) corresponde a curva de número um e a configuração (b) a curva de número dois. ( ) Com base na Fig. 1.b pode-se afirmar que a curva (1) é produzida por um motor de mais alto rendimento que a produzida pelo motor relacionado a curva (2); Fig. 1.a Fig. 1.b

9 Rotores de Barras Profundas e Dupla Gaiola de Esquilo Para representar esses motores podemos utilizar o circuito equivalente, só que nesse caso tanto a indutância como a resistência do rotor variam com a frequência. Uma forma de construir esse circuito equivalente é utilizando dois resistores de rotor, um para a variação da indutância e o outro para variação da resistência.

10 T Motor de indução com rotor bobinado Torque do motor em função do escorregamento mec Motores de Indução Bobinado q V eq 2 2 ws 1. eq 2 1. eq 2 2 R R s X X R s Corrente no motor em função do escorregamento Motor de indução bobinado I 2 2 R R s X X 2 1. eq 2 V 1. eq 1. eq 2

11 Motores de Indução Bobinado Curva de conjugado para diferentes valores de resistência de rotor.

12 Exercício 10 Com base no motor de indução com rotor bobinado apresentado na Figura abaixo, responda Verdadeiro ou Falso: ( ) Quando menor a resistência externa conectada no rotor maior a potência reativa absorvida pelo motor na partida (Qs); ( ) Quanto maior a resistência externa conectada no rotor maior é o transitório de partida do motor (tempo de aceleração), considerando a carga conectada no eixo do motor constante; ( ) Quanto maior a resistência externa conectada no rotor menor a corrente de rotor em condição nominal; ( ) Pode-se controlar a velocidade do motor variando a resistência externa conectada no rotor.

13 Exercício Um motor de indução de rotor bobinado, trifásico, seis pólos, 100 [kw] (P mec ), 60 [Hz], Y e 460 [V] (tensão de linha) desenvolve a potência de plena carga na velocidade de 1158 [rpm], quando está funcionando em tensão e frequência nominais e com o rotor curto-circuitado diretamente nos seus anéis deslizantes. O conjugado máximo, que pode ser desenvolvido quando está funcionando em tensão e frequência nominais, é 310 por cento do conjugado de plena carga. A resistência do enrolamento do rotor é 0,17 [Ω/fase] em estrela. Despreze quaisquer efeitos de perdas rotacionais e suplementares, e da resistência do estator. a) Calcule as perdas I 2 R do rotor a plena carga; b) Calcule a velocidade no conjugado máximo em rpm; c) Quanto da resistência deve ser inserido em série com os enrolamentos do rotor para produzir o conjugado máximo de partida?

14 Dados de placa dos motores de indução

15 Dados de placa dos motores de indução Regime de serviço

16 REGIMES DE SERVIÇO: Dados de placa dos motores de indução è Regime S1: Regime contínuo tn Carga Perdas Elétricas Temperatura máx Tempo

17 Dados de placa dos motores de indução REGIMES DE SERVIÇO: è Regime S2: Funcionamento a carga constante durante um período inferior ao tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico. tn Carga Perdas Elétricas Temperatura máx Tempo

18 REGIMES DE SERVIÇO: Dados de placa dos motores de indução è Regime S3: Seqüência de ciclos idênticos, sendo um período a carga constante e um período de repouso. O ciclo é tal que a corrente de partida não afeta significativamente a elevação de temperatura. Duração do ciclo tn tr Carga Perdas Elétricas Temperatura máx Tempo

19 REGIMES DE SERVIÇO: Dados de placa dos motores de indução è Regime S4: Seqüência de ciclos idênticos, sendo um período de partida, um período a carga constante e um período de repouso. O calor gerado na partida é suficientemente grande para afetar o ciclo seguinte. Duração do ciclo Carga td tn tr Perdas Elétricas Temperatura máx Tempo

20 Dados de placa dos motores de indução Classe de isolamento

21 VIDA ÚTIL DO MOTOR: Dados de placa dos motores de indução è A vida útil do motor é função da isolação; è Um aumento de 10 graus na temperatura, acima da suportável pelo isolante, reduz a vida útil pela metade.

22 Dados de placa dos motores de indução COMPOSIÇÃO DA TEMPERATURA EM FUNÇÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO: Classe de Isolamento - A E B F H Temperatura Ambiente ºC T = Elevação de Temperatura K ( método da resistência ) Diferença entre o ponto mais ºC quente e a temperatura média Total: Temperatura do ponto ºC mais quente

23 Dados de placa dos motores de indução Grau de Proteção

24 GRAUS DE PROTEÇÃO Dados de placa dos motores de indução 1º ALGARISMO ( indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos e contato acidental) 0 Sem proteção 1 Corpos estranhos de dimensões acima de 50mm - Toque acidental com a mão 2 Corpos estranhos de dimensões acima de 12mm - Toque com os dedos 3 Corpos estranhos de dimensões acima de 2,5mm - Toque com os dedos 4 Corpos estranhos de dimensões acima de 1,0mm - Toque com ferramentas 5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor - Completa contra toques 6 Totalmente protegido contra a poeira - Completa contra toques 2º ALGARISMO ( indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do motor) 0 Sem proteção 1 Pingos de água na vertical 2 Pingos de água até a inclinação de 15 com a vertical 3 Água da chuva até a inclinação de 60 com a vertical 4 Respingos em todas as direções 5 Jatos d água de todas as direções 6 Água de vagalhões 7 Imersão temporária 8 Imersão permanente A letra (W) entre as letras IP e os algarismos, indica que o motor é protegido contra intempéries

25 Dados de placa dos motores de indução Potência mecânica Fator de serviço Regime de serviço Conjugados normais, Corrente de partida normal,baixo escorregamento Graus de proteção Rendimento e Fator de potência

26 Exercício Um motor de indução trifásico em Y de 4 polos, 460 [V] (tensão de linha), 1740 [rpm], 60 [Hz] apresenta os seguintes parâmetros: R 1 = 0,25 [Ω]; R 2 = 0,2 [Ω]; X 1 = X 2 = 0,5 [Ω]; X m = 30 [Ω] As perdas rotacionais são de 1700 [W]. Com os terminais do rotor em curtocircuito, determine: a) Corrente de partida quando partindo com tensão nominal; (I p = 244,86 [A]) b) Torque na partida; (T p = 185,2 [N.m]) c) Escorregamento com carga nominal; (s = 0,0333) d) Corrente de entrada com carga nominal; ( I 1 = 42,8 [A]) e) Relação entre corrente de partida e corrente nominal; ( Ip/In = 5,75) f) Fator de potência para carga nominal; ( Fp = 0,94 ind) g) Torque para carga nominal; (T n = 163,11 [N.m]) h) Eficiência do motor com carga nominal; ( η = 87,5%) i) Escorregamento quando o torque máximo é desenvolvido; (s Tmax = 0,1963) j) Máximo torque desenvolvido; (T max = 431,68 [N.m]) Com os terminais do rotor conectados numa resistência externa determine; k) Qual deve ser o valor da resistência por fase conectada no circuito do rotor, para que apresente o torque máximo na partida. (R ext = 0,8186 [Ω])