Motores elétricos Siemens e a Economia de Energia

Transcrição

1 Jornadas Técnicas Novas perspectivas Drive Technology Mundo em Motores elétricos Siemens e a Economia de Energia

2 Tópicos Instalando o motor elétrico com inversor de freqüência Princípio de funcionamento Partida e aceleração do motor com inversor Curvas torque/rotação e corrente/rotação O motor não parte... e agora? Efeito do PWM no sistema de isolação do motor Motores antigos, recondicionados, não preparados para inversor Elevação de temperatura Operando o motor em baixa rotação Efeito na ventilação Efeito motor-de-passo Ventilação forçada Sensores de temperatura -benefícios

3 Tópicos Operando acima da velocidade nominal do motor Redução de torque Limite de velocidade mecânico Economia de energia com motores elétricos Lei da eficiência energética -ABNT Comprei motor alto rendimento e não economizei energia. Os motores elétricos Siemens Conformidade com ABNT Feitos para durar Economia real de energia elétrica Mesma potência, mais torque Acionamento por inversor Conceito Modular

4 Construção mecânica Caixa de Ligação Olhal para Prensa-cabos Ventilador Rolamento de Esferas Chaveta Ponta de Eixo Tampa do Ventilador Fixação pelo Pé Carcaça Mancal

5 Estator Enrolamento estatórico (Cobre) Lâminas de aço isoladas Melhor rendimento

6 Rotor Chapas de aço isoladas Melhor rendimento Ranhuras diagonais Eliminam efeito motor-de-passo

7 Rotação síncrona n s f = 2 60 p n s [rpm] Rotação Síncrona f [Hz] Freqüência da corrente no estator p [-] Número de pólos do motor Freqüência = 50Hz 60Hz 2-pólos: n S = 3000 rpm Ł 3600 rpm 4-pólos: n S = 1500 rpm Ł 1800 rpm 6-pólos: n S = 1000 rpm Ł 1200 rpm 8-pólos: n S = 750 rpm Ł 900 rpm

8 Curvas TorqueXRotação e CorrenteXRotação M, M I In I p Ł 5 a 9 x I N I p I (M max ) M max M max Ł 2,5 a 3,5 x M n M p Ł 2 a 2,5 x M n M p 1,5 1 Linearidade M ~ I M n Ł I n M n Ponto de operação 0 N n N s

9 Curvas características Operação por inversor M, M I In I p Ł5 a 9xI N M max = k V f 2 M = max konst Mmax M max Ł2,5 a 3,5M N 3 PONTO DE M p Ł2 a 2,5M N 2 OPERAÇÃO 1,5 M NM ŁI N ŁKonst NM 1 M N 0 NN NS Área de campo constante Tensão e freq. variam Área de enfraquecimento de campo Tensão fica constante Somente freq. varia

10 O motor não parte. E agora? Motor ligado diretamente à rede, partia com carga. Com conversor de freqüência, o motor não parte. Para partir com carga, o motor deve estar necessitando mais torque do que o torque nominal. Com conversor, acima de 50% de sobrecarga é preciso fornecer muito mais corrente para o aumentar o torque no motor. O que fazer? Troque o motor!! Trabalho em sobrecarga dentro da faixa de linearidade de torque / corrente. Nessa faixa, torque é proporcional à corrente do motor.

11 O PWM e a isolação do motor inversor 0 V Tempo motor I = s C P dv dt

12 O efeito do PWM sobre o motor comum Curto entre espiras Rotor pontilhado Com inversores PWM, os picos de tensão sobre o enrolamento do motor ultrapassam 1200 V, muito superior à classe de tensão dos isolantes utilizados em motores comuns (600 V). A corrente parasita Is fecha pequenos curtos no entreferro do motor, criando marcas pontilhadas sobre o rotor. O motor perde torque ao longo do tempo (fica mais fraco ).

13 Como minimizar os efeitos do PWM Medida Reator de saída Efeito Compensa as Correntes Parasitas Capacitivas devido a cabos longos entre o conversor e o motor Reduz a taxa dv/dt nos terminais do motor e reduz o stress na isolação Filtro limitador de tensão (filtro dv/dt) Filtro Senoidal Limita o dv/dt nos terminais do motor a 500V/µs Limita os picos de tensão nos terminais do motor a ~1,76*UL Alimenta o motor com tensão e corrente praticamente senoidais

14 Classe de isolação, temperatura de operação 130 o C 155 o C 180 o C Motores antigos - classe de isolação B. Motores atuais no mercado classe F/B (conforme ABNT): Classe de isolação F, utilização conforme classe B Significa que, em operação nominal, ainda mantém 25 o C de folga de temperatura.

15 Limite de torque em baixa rotação Limite de torque com ventilação externa Limitação de torque devido ao enfraquecimento de campo: M ~1/f Limitação de torque devido à redução da ventilação. Campo constante Enfraquecimento de campo f N /2

16 Limite de torque em baixa rotação Motores da série 1LA8(BT) e 1LA1(MT)

17 Classe de isolação, operação com inversor 130 o C 155 o C 180 o C Motores classe B não devem ser operados por inversor de freqüência. Nos motores classe F/B, desconsidere a folga de 25 o C existente em operação com velocidade fixa.

18 Motor queimado por sobrecarga

19 Motor elétrico com moto-ventilador acoplado

20 Sensores de temperatura PTC Positive Temperature Coefficient R (kohm) KTY84 PTC Temp C QUANDO O PTC CHEGA NA CORRESPONDENTE TEMPERATURA, SUA RESISTÊNCIA AUMENTA. A UNIDADE DE ATUAÇÃO ENTÃO RESPONDE. EXISTEM PTCs PARA ALARME E PTCs PARA DESARME A DIFERENÇA DE TEMPERATURAS ENTRE ALARME E DESARME É 10 C PARA MOTORES CLASSE DE ISOLAÇÃO F UTILIZAÇÃO B, TEM-SE: PTC PARA ALARME= 145 C PTC PARA DESARME=155 C R (kohm) KTY 84 SENSOR QUE VARIA SUA RESISTÊNCIA EM FUNÇÃO LINEAR COM A TEMPERATURA UM SÓ SENSOR PARA ALARME E DESARME Outros tipos: PT100; PT Temp C

21 Curvas características Operação por inversor RESUMO PRÁTICO M, P M max Acima de n N são reduzidos o fluxo magnético, devido à reatância indutiva do estator e também a corrente máxima possível do rotor curto-circuitado que produz momento, devido àreatância indutiva do rotor. Os dois efeitos produzem um efeito ao quadrado. M max» 2,5 M N (dependendo do motor) Região de sobrecarga M max 1 n 2 A potência mecânica permanece constante devido à relação: P ~ M x n Momento reduzido para motores com refrigeração própria. A ventoinha no eixo do motor não fornece ventilação suficiente. M N» 70% M n P Região de operação n n 1 M n n P N 30% n 1 1 P n ~ n Acima de n 1 não temos mais nenhuma capacidade de sobrecarga. M N cai a distância de 30% do momento máximo. n Faixa de potência constante Faixa de fluxo constante Faixa de enfraquecimento de campo

22 Lei de Eficiência Energética Os rendimentos publicados em decreto-lei são medidos à 100% carga.

23 Rendimento em função da carga % η cos φ Dados publicados na placa do motor O RENDIMENTO VARIA COM A POTÊNCIA UTILIZADA PELO MOTOR

24 Maior rendimento = Maior economia de energia? Não necessariamente! Na ânsia de atender a Lei de Eficiência Energética, fabricantes melhoraram o rendimento de seus motores a 100% de carga, em detrimento da curva de rendimento em carga parcial. As curvas de rendimento dos motores no Brasil possuem a seguinte forma: Os rendimentos em carga parcial são muito piores do que a 100% carga. R e n d im e n to % 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 0% 25% 50% 75% 100% 125% Carga (%)

25 Maior rendimento = Maior economia de energia? Praticamente nenhuma aplicação opera a 100% de carga todo o tempo. Considerando as folgas de projeto de máquinas, a grande maioria dos motores hoje operam entre 50 e 80% da carga nominal! Para se avaliar uma real economia de energia, é necessário considerar o ciclo de operação completo da carga acionada. Portanto, pode acontecer de se trocar motores antigos comuns por novos, classificados como Alto-Rendimento, e Passar a consumir mais energia elétrica!

26 Motores elétricos Siemens: feitos para durar

27 Motores elétricos Siemens: feitos para durar Principais características: Fabricados e projetados conforme as normas ABNT (NBR) em correspondência com as normas IEC Aptos para serviço contínuo (S1), temperatura ambiente máxima 40ºC e altura máxima de instalação de 1000m Projetados para instalação em rede com variação de tensão permanente de 5% (zona A, ABNT) ou 10% (zona B, ABNT) Grau de proteção: IP 55 para uso universal (que corresponde ao IPW55 ABNT ) Tensão e freqüência: 380 VD / 660 VY 60 Hz 220 VDD / 380 VYY / 440 VD 60 Hz Polaridade: 2, 4, 6 e 8 pólos

28 Motores elétricos Siemens: feitos para durar Principais características: Isolação Durignit IR-2000: Classe de isolação F Alta resistência mecânica e elétrica Vida útil prolongada Excelente proteção contra gases corrosivos, vapores, poeira e umidade Resistente às solicitações ocasionadas pelas vibrações Apto a ser acionado por conversores de freqüência (AC) PWM Carcaça: Liga de alumínio injetado: carcaça 63 até 160L (Rendimento Standard) Ferro fundido: carcaça 180M até 315L (Alto Rendimento) Pés: Solidários: carcaças 63 até100l Parafusados: carcaças 112M até 315L

29 Motores elétricos Siemens: feitos para durar Motores tipo 1LG4: Alto Rendimento (ABNT) Carcaça de Ferro L Forma construtiva IMB3T (caixa de ligação no topo, gira 360 graus) 2 furos para prensa cabos métricos 2 olhais de içamento removíveis Baixo nível de ruído Classe F de isolação Pés escamoteáveis Motores tipo 1LA7: Rendimento superior ao Standard (ABNT) Carcaça de Alumínio L Redução no peso de até 40% com relação à carcaça de ferro Classe F de isolação Forma construtiva IMB3T (caixa de ligação no topo) Pés escamoteáveis

30 Dimensionais dos motores elétricos Siemens

31 Dimensionais dos motores elétricos Siemens Motores são 100% compatíveis com ABNT: Ponta-de-eixo Distância entre furos de fixação Carcaças e potências nominais Dados elétricos a 60 Hz

32 Mais torque de partida e torque máximo 30% 30% mais mais torque torque na na partida partida Conjugado Siemens 20% 20% mais mais torque torque máximo máximo Fabricante K Fabricante E Fabricante W Motor 75 cv 4 polos, Alto rendimento 50 0% 20% 40% 60% 80% 100% Rotação

33 Melhor rendimento em qualquer carga 100% 90% 80% Rendimento % 70% 60% W SIEMENS 50% 40% 30% 0% 25% 50% 75% 100% 125% Carga (%) Exemplo motores de Alto Rendimento

34 Conceito Modular Gerador de impulso Com sensor de velocidade Com refrigeração externa Com refrigeração externa e sensor de velocidade Ventilação Forçada separada Com freio Com freio e sensor de vel. Com freio e refrigeração externa Freio Eletromagnético Com freio, refrigeração externa e sensor de vel. Exemplo Exemplo