Acionamentos Elétricos

Transcrição

1 Engenharia Elétrica - 9o período Hélio Marques Sobrinho hmarx@linuxtech.com.br 1 / 283

2 Horários das aulas Segunda e Quarta 19:00 às 20:40 2 / 283

3 Bibliografia Referências Máquinas Elétricas e Transformadores Máquinas Eletricas Fitzgerald, A. E.; Kingsley Jr, C.; Kusco A, Instalações Elétricas Industriais Kosov, Irving L. Mamede Filho, João E muito mais! A Internet! Vejam: 3 / 283

4 Algumas unidades úteis Carga Coulombs, C Um elétron ou um próton tem * 10-19C Tensão Corrent Potência Resistência Capacitância Indutância Frequência Massa Força Volts, V Amperes, A = 1C/s Watts, W = 1V * 1A Ohms, Ω = 1V / A Faraday, F = 1C / V Henry, H = V/A Hertz, Hz = 1 ciclo/s kilograma, Kg Newton, N = Kg * m/s² 4 / 283

5 Conceitos Corrente contínua Corrente alternada 5 / 283

6 Campo Elétrico Q1 Q2 Lei de Coulomb F = k x Q 1 x Q2 / r 2 K é a constante eletrostática No vácuo k0 = X 109 Nm2/c2 r 6 / 283

7 LEIS BÁSICAS Leis de Newton Lei de Coulomb Leis de Faraday Lei de Lens 7 / 283

8 Segunda lei de Newton Lei da inércia ou Impulso 8 / 283

9 Terceira lei de Newton Lei da ação e reação 1a Lei de Coulomb (no vácuo k = 9 109) 9 / 283

10 Sistemas Eletromagnéticos Elementos Lineares e não lineares Resistivos, capacitivos e indutivos +x ou -x x x 10 / 283

11 Lei de Faraday-Newmann-Lens onde 11 / 283

12 Resistência Elétrica comprimento L (m), área de seção S (m 2) R = ρ L/S ρ é o coeficiente de resistividade do material Niquel 6.99 x 10 8 Alumínio 2.82 x 10 8 Ouro 2.44 x 10 8 Cobre 1.72 x 10 8 Prata 1.59 x 10 8 Estanho 1.09 x 10 7 Ferro 1.00 x 10 7 Carbono 3.50 x 10 5 Germânio 4.60 x 10 1 Silício 6.40 x 102 Ebonite aprox Em Ω.m ou Ohm.m a 20oC 12 / 283

13 Corrente e Campo Magnético 13 / 283

14 Campo e Fluxo Fluxo magnético Φ = sup B. da Campo uniforme e superfície plana Φ = B. A = B. A cos(φ) 14 / 283

15 Indutância Indutância Bobina de comprimento L em m Frequência f em Hz XL = ωl = 2πfL em henry 15 / 283

16 Circuito R-L-C vr(t) = R. i(t) vl(t) = L. di(t) /dt vc(t) = C-1 i(t)dt 16 / 283

17 Simbologia Diagramas Multifilares Diagramas Unifilares 17 / 283

18 Fiação e identificação padrão 18 / 283

19 Um diagrama simples 19 / 283

20 Impedância complexa e fasores Z2 = R2 + (XL XC)2 XL = jωl e Xc = 1/(jωC) ω = 2 π f em Hz 20 / 283

21 Introdução Escolha, construção, Instalação e manutenção Chaves de partida Equipamentos de acionamento e proteção Proteção Falta de fase, sobrecarga, curto-circuito, sobretensões, Subtenções, altas temperaturas, danos na ventilação, Queda de fornecimento de energia 21 / 283

22 Terminologia Acionamento Manual Corrente alternada Corrente contínua Botões Acionamento ou interrupção de corrente Comandos de fim de curso Sinalizadores 22 / 283

23 Terminologia Chaves principal seccionadora seccionadora sob carga Circuito auxiliar principal Contatos Principal e auxiliar N/A N/F 23 / 283

24 Correntes envolvidas Corrente de curto Corrente nominal Corrente de partida Sobrecarga 24 / 283

25 Circuito trifásico 25 / 283

26 Motores elétricos Conversor energia elétrica => energia mecânica Corrente contínua Cinética : motor Controle preciso de velocidade e ajuste fino Corrente alternada Construção mais econômica Motor de indução Simples, rendimento elevado, bom fator de potência 26 / 283

27 Fatores de seleção Fonte de alimentação Condições ambientais Potência, rotação, esforços mecânicos, ciclos de operação, confiabilidade, Consumo e manutenção Agressividade, periculosidade, altitude, temperatura, Exigência de carga e condições de serviço Tipo, tensão, frequência, simetria, equilíbrio, Interesses econômicos, perpectivas a curto ou longo prazo Controlabilidade Posição, torque, velocidade, corrente de partida 27 / 283

28 Tipos de motores CA 28 / 283

29 Motor gaiola de esquilo Mais robusto Não requer escovas ou comutadores 29 / 283

30 Motor com rotor bobinado 30 / 283

31 Motor Dahlander Duas velocidades X e 2X 31 / 283

32 Tipos de motores CC 32 / 283

33 Motor de indução Circuito magnético estático Bobinas no estator Rotor com núcleo ferro magnético 33 / 283

34 Tipos de Motores - Potência x RPM 34 / 283

35 Placa de identificação típica 35 / 283

36 Exemplo real 36 / 283

37 Motor Frames 37 / 283

38 Tabela NEMA primeiros valores etc / 283

39 Motor de indução monofásico Não possuem campo girante Bobina auxiliar adiantada ~90o 39 / 283

40 Desvantagens do motor monofásico Custo mais elevado Desgaste mecânico do contato centrífugo Rendimento e fator de potência menores 60 a 70% da potência de trifásico do mesmo tamanho Impossível inverter o sentido de rotação 40 / 283

41 Esquemas de ligação c/ 4 terminais 2 valores de tensão Tipicamente 110 V e 220 V 41 / 283

42 Esquemas de ligação c/ 6 terminais 2 valores de tensão Inversão de rotação : terminais 5 e V 220 V 42 / 283

43 Motor de polo sombreado Polos salientes com espira de cobre em curto 25 a 30% Atraso do fluxo Campo girante Partida do motor Baixo torque 15 a 50% Sentido único de rotação Posição da ponta do eixo rotor em relação ao estator 43 / 283

44 Motor de polo sombreado Torque x Rotação 44 / 283

45 Motor de fase dividida Enrolamento auxiliar Somente p/ partida! Chave ou disjuntor centrífugo Uso de molas e pesos Abertura do contato com o aumento de velocidade 45 / 283

46 Motor de fase dividida Torque x Rotação 46 / 283

47 Um exemplo 47 / 283

48 Motor de capacitor de partida Torque x Rotação 48 / 283

49 Motor de capacitor permanente Torque x Rotação 49 / 283

50 Motor de dois capacitores Torque x Rotação 50 / 283

51 Identificação das bobinas do motor monofásico Uso de ohmímetro Maior resistência Bobina auxiliar 5-6 Outras Bobinas principais 51 / 283

52 Polarização das bobinas motor monofásico Inversão de uma das bobinas Tensão nominal Conexão de Menor corrente! 52 / 283

53 Motores síncronos CA Velocidade do motor constante Campo girante rpm f em Hertz P : número de polos Fonte de excitação CC 53 / 283

54 Desvantagens de Motores síncronos Exige uma fonte de excitação em CC Necessidade de mecanismo de partida Próxima à velocidade síncrona Sincronismo com o campo girante Uso de motor de indução para a partida 54 / 283

55 Vantagens de motores síncronos Fornecimento de força mecânica Correção de fator de potência Maior rendimento Uso de entreferro maiores Menores tolerâncias 55 / 283

56 Componentes elétricos Seccionadores Interruptores Contatores Disjuntores Fusíveis Relés Grandezas elétricas Corrente nominal Corrente de curto-circuito Sobrecorrente Resistência de contato Sobrecarga Corrente de partida Capacidade de interrupção / 283

57 Grandezas fundamentais - Padrão ABNT Corrente Contínua Corrente Alternada Corrente Contínua e Alternada Corrente Alternada monofásica, 60 Hz 1-60Hz Corrente Alternada trifásica,60hz,220v 3-60Hz 220 Corrente Alternada trifásica com neutro,60hz,380v Corrente contínua,2 condutores, 220V Corrente contínua,2 condutores e neutro,110v 3N-60Hz 380V 2-220V 2N - 110V 57 / 283

58 Alguns componentes Seccionador fusível sob carga Relé de sobrecorrente Seccionador sob carga 1 = Bobina eletromagnética de curto circuito 2 = Núcleo móvel e mecanismo de atuação 3 = Base e núcleo fixo 58 / 283

59 Contator de potência 59 / 283

60 Contator de potência 60 / 283

61 Controle de motores Tiristor Aceleração Desaceleração Otimização para carga parcial 61 / 283

62 distribuição T1 = Transformador de alimentação T2 = Transformador medidor de corrente T2 = Transformador medidor de tensão Q1 = Disjuntor de entrada Q2 = Disjuntor para distribuição Q3 = Seccionador sobre carga Q4 = Seccionador/fusível p/ manobra e proteção F1,2,3 = Fusíveis de proteção na distribuição F3,4,5 a F12,13,14 = Fusíves de retardo dos motores K1 a K5 = Contatores p/ manobra de motores F18 a F21 = Relés de sobrecarga para motores G1 = Partida suave Motores 62 / 283

63 Circuito de comando F21,F22,F23 = Fusíveis de proteção F7 = Contator auxiliar S2 = Chave de fim de curso partida F = Contator auxiliar do relé de sobrecarga S0 e S1 = botões de comando de impulso K6 = Relé de tempo e contatos temporizados K1,K2,K3 = Bobinas de contatores e contatos auxiliares H = Sinalização de regime de operação 63 / 283

64 Acionamento de Motores Elétricos 64 / 283

65 Acionamento de Motores 65 / 283

66 Cálculos Dados da placa P0 é Potência de saída 1 HP = watts Tensão Velocidade em rad/s; Nr é Rotação em rpm 2 π N r rad/s ωm = 60 Conjugado de saída P Potência, W T 0= = ωm velocidade, rad / s Nm 66 / 283

67 Cálculos (cont.) Conjugado interno Soma de conjugado no eixo + perdas no eixo Atrito e ventilação T e =T 0 +T 10 Nm Te é o conjugado de entreferro ou eletromagnético Potência de entreferro Pa Nm Perdas resistência da armadura, núcleo,... Pa T e= ω m 0.5 a 1% da potência de saída Rendimento P0 Potência de saída η= = Potência de entrada P i 67 / 283

68 Conversores de potência Retificadores Controlados 68 / 283

69 Conversores de potência Inversores 69 / 283

70 Conversores de potência 70 / 283

71 Controladores 71 / 283

72 Implementação Circuitos analógicos Circuitos integrados Microprocessadores Microcontroladores Processadores digitais de sinais (DSPs) VLSI (Very Large Scale Integration) ASICs (Application Specific Integrated Circuits) Software Controle remoto Automação 72 / 283

73 Quadros sinóticos 73 / 283

74 Paineis de controle digitais 74 / 283

75 Inversor short break 75 / 283

76 Transistor NPN 76 / 283

77 Flip-Flop Tipo D 77 / 283

78 Acionamento remoto 78 / 283

79 PLC Programmable Logic Controller General Motors, 1968 Programação simples Alteração sem intervenção no sistema Menores, mais baratos e confiáveis que controle usando relés Manutenção de baixo custo NEMA (National Electrical Manufactures Association) Processador, Memória, I/O analógico e I/O digital Funções lógicas, sequenciamento, temporização e aritmética 79 / 283

80 Módulos do PLC 80 / 283

81 Ambiente do sistema 81 / 283

82 Interfaces de I/O Sinais AC/DC Tensões (0 a 120VAC, 0 a 48VDC) correntes (4 a 20 ma) Capacidade Número de pontos Tamanho da memória Ciclo de varredura Velocidade de processamento e I/O 82 / 283

83 Programação Instruções aritméticas ( +, -, *, / ) Manipulação de palavras (move, copia,...) Comunicação e mensagens entre PLCs Sequenciamento Manipulação de dados 83 / 283

84 Instruções 84 / 283

85 Programação Ladder 85 / 283

86 Ladder x Lógica 86 / 283

87 Ladder x Lógica 87 / 283

88 Circuito simples 88 / 283

89 Relay Ladder 89 / 283

90 PLC Ladder 90 / 283

91 Outro exemplo 91 / 283

92 Relay Ladder 92 / 283

93 PLC Ladder 93 / 283

94 Circuitos de Controle e Potência 94 / 283

95 Retardo 95 / 283

96 Temporizador / 283

97 Exemplo 97 / 283

98 Transformador dϕb ε1= N 1 dt dϕb ε2= N 2 dt ε2 N 2 ε1 = N 1 98 / 283

99 Tensões e Correntes 99 / 283

100 Entreferros (gaps) Espraiamento Frangeamento Espalhamento 100 / 283

101 Cálculo No circuito magnético abaixo, construído com uma liga de ferro-níquel, calcular a fmm para que o fluxo no entreferro g seja de 300 [µwb]. Desprezar o espraiamento de fluxo no entreferro. 101 / 283

102 Circuito equivalente Dados Simetria : 102 / 283

103 Curvas de Magnetização 1.Aço carbono 2.Aço com silício 3.Aço fundido 4.Aço com tungstênio 5.Ímã de aço 6.Ferro fundido 7.Níquel, 8.Cobalto, 9.Magnetita 103 / 283

104 Equações 104 / 283

105 Elementos de conexão elétrica 105 / 283

106 Contatos elétricos 106 / 283

107 Condutores 107 / 283

108 Cabos - corrente máxima 108 / 283

109 Acoplamento indutivo 109 / 283

110 Canaletas e eletrocalhas 110 / 283

111 Quadro de distribuição 111 / 283

112 O que não fazer! 112 / 283

113 Estruturação 113 / 283

114 Elementos de controle - 1 Relés NA e/ou NF Corrente e tensão máximas Tempo de abertura / fechamento Resistividade dos contatos 114 / 283

115 Elementos de controle - 2 Sensores de corrente 115 / 283

116 Elementos de controle - 3 Sensores de tensão 116 / 283

117 Elementos de controle - 4 Amplificador Operacional 117 / 283

118 Elementos de controle - 5 Conversores DA 118 / 283

119 Elementos de controle - 6 Conversores AD 119 / 283

120 Elementos de controle - 7 Fusíveis 120 / 283

121 Fusíveis Classificação IEC International Electrotecnical Commission Faixa de interrupção "g" - Atuação para sobrecarga e curto "a" - Atuação apenas para curto-circuito Categoria de Utilização "L/G" - Proteção de cabos e uso geral "M" - Proteção de Motores "R"- Proteção de circuitos com semicondutores NH 'Niederspannungs Hochleistungs' Baixa Tensão e Alta Capacidade de Interrupção IEC (NBR11841) 121 / 283

122 Chaves fusíveis 122 / 283

123 Elementos de controle - 8 FUSÍVEL TIPO HH. ALTA CAPACIDADE DE RUPTURA EM PONTOS DE ELEVADÍSSIMO CURTO-CIRCUITO 2.2KV a 72KV 0.5 a 500A 123 / 283

124 Elementos de controle - 9 Disjuntores 124 / 283

125 Elementos de controle - 10 Processadores e microcontroladores 125 / 283

126 Elementos de controle - 11 Lógica de controle 126 / 283

127 Elementos de controle - 12 Supervisório e HMI 127 / 283

128 Quadro de controle de motores 128 / 283

129 Transformada de Laplace Seja f(t) uma função definida t 0 f(t) está no domínio do tempo F(s) está no domínio da frequência 129 / 283

130 Transformada de Laplace Propriedades Linearidade Derivação 130 / 283

131 Transformada de Laplace Propriedades Integração Dualidade 131 / 283

132 Transformada de Laplace Propriedades Deslocamento na frequência Deslocamento no tempo 132 / 283

133 Transformada de Laplace Propriedades Deslocamento na n-ésima potência Convolução 133 / 283

134 Resumo 1/2 134 / 283

135 Resumo 2/2 135 / 283

136 Função de transferência Y(s) X(s) H(s) ou 136 / 283

137 Função de transferência Propriedade aditiva / 283

138 Função de transferência Propriedade aditiva / 283

139 Função de transferência Propriedade multiplicativa 139 / 283

140 Função de transferência Realimentação / Controle 140 / 283

141 Exemplo 141 / 283

142 Outro exemplo Relação VI Laplace 142 / 283

143 Tensões nos nodos a e b 143 / 283

144 Separando os termos comuns 144 / 283

145 Resolvendo as 2 equações 145 / 283

146 Usando o Matlab Reescrevendo as equações dinâmicas: 146 / 283

147 Na forma matricial Invertendo a matriz: 147 / 283

148 Tratando a derivada 148 / 283

149 Root locus Circuito de controle Função de transferência: Raizes de : =0 Polo : frequência de ressonância ganho infinito Zero : frequência bloqueada ganho zero 149 / 283

150 Usando o Matlab 150 / 283

151 Usando o Matlab root locus 151 / 283

152 Motores mais comuns Motores AC monofásicos/trifásicos gaiola de esquilo 152 / 283

153 Partidas de motores Método de partida Tipo de acionamento Partida direta / reversora Pequenos motores ( < 5cv e < 10cv) Partida Y - Δ Grandes motores sem carga Partida compensadora Grandes motores com carga Partida com soft starter Grandes motores com carga Partida com inversor de frequência 153 / 283

154 Elementos de partida 154 / 283

155 Circuitos Circuito principal ou de potência Alimentação do motor Circuito de comando Liga / desliga Controle do motor 155 / 283

156 Chaves de partida Dispositivos de proteção Dispositivos de comando Fusível, relé térmico, disjuntor Botão, contator, temporizador Dispositivos de sinalização Sinaleiro, voltímetro, amperímetro 156 / 283

157 Circuito para partida direta 157 / 283

158 Dispositivos em baixa tensão Seccionamento Seccionador : manobrado sem carga Interruptor : manobrado com carga 158 / 283

159 Dispositivos em baixa tensão Proteção Contra curto-circuitos Rápido, corrente < 10 vezes a corrente nominal Contra sobrecargas Até 10 vezes a corrente nominal Antes do aquecimento do motor e dos condutores Deteriorizaçao de isolantes 159 / 283

160 Comutação Estabelecer, Interromper, Regular a corrente Eletromecânicos Contatores e disjuntores Eletrônicos Relés, contatos estáticos, conversores de frequência 160 / 283

161 Revisão: Componentes 161 / 283

162 Catálogo de Motores 162 / 283

163 Ensaios de motores Determinação de características e desempenho Verificação de conformidade com a NBR 7094 Ensaios de rotina Ensaios de tipo Ensaios especiais 163 / 283

164 Ensaios de rotina Medição de resistência elétrica Ensaio a vazio Potência de entrada e corrente com tensão nominal Ensaio com rotor bloqueado Potência absorvida Corrente e conjugado com tensão nominal Observe os limites de temperatura! 164 / 283

165 Ensaios de tipo (1) Medição de resistência elétrica do enrolamento a frio Ensaio a vazio Potência de entrada e corrente com tensão nominal Ensaio com rotor bloqueado Potência absorvida Corrente e conjugado com tensão nominal Observe os limites de temperatura! 165 / 283

166 Ensaios de tipo (2) Ensaio de elevação de temperatura Determinação de rendimentos Determinação de perdas a 100%, 75% e 50% da potência nominal Fator de potência 100%, 75% e 50% da potência nominal a 100%, 75% e 50% da potência nominal Escorregamento a 100%, 75% e 50% da potência nominal 166 / 283

167 Ensaios de tipo (3) Determinação do conjugado máximo Ensaio de tensão suportável 167 / 283

168 Ensaios especiais Partida com levantamento das curvas características Conjugados de partida Mínimo e máximo Corrente de partida 168 / 283

169 Classes de torque de motores 169 / 283

170 Classes de isolamento de motores CLASSE A 105ºC CLASSE E 120 C CLASSE B 130ºC CLASSE F 155 C CLASSE H 180ºC 170 / 283

171 Potência nominal Acoplamento direto Pn =2 π n C n Onde: Pn é a potência nomina do motor em watts Cn é p conjugado do motor em Nm N é a rotação nominal do motor em rps 171 / 283

172 Potência nominal Com acoplamento redutor 1 nc C n=. nac C c Onde: nac é rotação da carga em rps Cc é o conjugado nominal da carga em Nm Nc é a rotação nominal da carga em rps 172 / 283

173 Rendimento do acoplamento Pc ηac = Pn Onde: Pc é Potência transmitida à carga em Watts 173 / 283

174 Conjugado x Rotação 174 / 283

175 Máquinas não convencionais Motor DC convencional 175 / 283

176 Máquinas não convencionais Motor DC sem escovas Comutadores eletrônicos Transistores bipolares Transistores de efeito de campo Tiristores 176 / 283

177 Transistores bipolares 177 / 283

178 Transistores Curva típica 178 / 283

179 Transistor de efeito de campo 2DEG: Two-dimensional electron gas 179 / 283

180 Funcionamento do FET 180 / 283

181 Transistor de efeito de campo 181 / 283

182 Tiristores 182 / 283

183 Tiristores Curva típica 183 / 283

184 Diodo Zener 184 / 283

185 Dopagem 185 / 283

186 Rotor de entreferro axial 186 / 283

187 Sensor Hall Transdutor Tensão de saída variável pelo campo magnético Usos Sensor de proximidade Posicionamento Detecção de velocidade Detecção de corrente 187 / 283

188 Rotor externo 188 / 283

189 Rotor interno 189 / 283

190 Motor sem escovas Características Três sessões de enrolamentos de armadura Fluxo concatenado ψ1 de uma bobina Corrente na armadura em onda quadrada Força eletromotriz trapezoidal ϕ1 ϕ1 e 1=d =ωr d θ dt d 190 / 283

191 Formas de onda de f.e.m e torque 191 / 283

192 Modelagem do motor sem escovas di a V a =e a + R i a +(L M ) ( ) v n dt 2 T /2 2 ( sq) 2 I a= ia (t)dt=i a 0 T 3 e a=valor instantâneo da f.e.m M =indutância mútua Onde: sq a I = patamar da forma de onda da corrente I a 192 / 283

193 Modelagem do motor sem escovas Perdas no enrolamento de armadura trifásico em Y Δ P=2R [ I (sq) 2 a ] Torque e a ia +e b i b +e c i c T e= ωr d ωr T e T L B ωr = dt J Onde: T L=torque exercido pela carga J =momento de inércia do motor B=coeficiente de atrito viscoso 193 / 283

194 Formas das correntes Disparos dos transistores 194 / 283

195 NEXT 195 / 283

196 Ro to r Es ta to r Motor de Indução modelo 196 / 283

197 V1 = Tensão por fase aplicada a uma fase do enrolamento do estator E1 = Tensão induzida pelo fluxo girante em uma fase do enrolamento do estator I1 = Corrente do estator R1 = Resistência ôhmica de uma fase do enrolamento do estator X1 = Reatância de dispersão de uma fase do enrolamento do estator Rw = Resistência equivalente às perdas magnéticas do estator, para uma fase Xm = Reatância de magnetização I0 = Corrente a vazio Iw = Corrente que passa por Rw, que produz as perdas magnéticas do estator Im (não indicada na figura) = Corrente magnetizante que passa por X m que produz o campo magnético R2 (não indicada na figura) = Resistência de uma fase do enrolamento do rotor, referida ao estator X2 = Reatância de dispersão de uma fase do rotor, referida ao estator I2 = Corrente do rotor, referida ao estator 197 / 283

198 Resolução do modelo Método clássico Substituição do circuito do rotor por impedância equivalente Método de Thévénin Substituição do circuito do estator por impedância equivalente 198 / 283

199 Circuito equivalente sem Rw 199 / 283

200 Circuito Thévénin 200 / 283

201 Potência eletromagnética Duas partes Transformada em calor em R2 no rotor Pem : Potência mecânica interna em Onde mi é o número de fases do motor 201 / 283

202 Conjugado mecânico interno P em watts, ωs em radianos/s Cmi em Nm 202 / 283

203 Corrente no rotor Substituindo I2 temos: 203 / 283

204 Unidades 204 / 283

205 Conjugado e Potência 205 / 283

206 Equação fundamental do acionamento Ci é o conjugado inercial J é o momento de inércia dw/dt é a aceleração Logo, considerando todos os conjugados, 206 / 283

207 Acoplamento direto 207 / 283

208 Momento de inércia m em kg v em m/s Ec em joules 208 / 283

209 Momento impulsão G é o peso do corpo em N D = 2R é o diâmetro de rotação em m g = 9.81 m/s2 m é a massa em kg Se o peso for em kgf, 209 / 283

210 Velocidades diferentes Simplificando: 210 / 283

211 Múltiplos acoplamentos 211 / 283

212 Guincho ou talha simples 212 / 283

213 Guincho ou talha simples 213 / 283

214 Determinar a potência e a velocidade que o motor está fornecendo para elevar o peso G do guincho sabendo-se que: a) O peso G é igual a 1000 kgf.; b) A velocidade de levantamento é igual a 0,6 m/s; c) O rendimento do sistema de transmissão é 85%; d) O diâmetro do tambor sobreo qual se enrola o cabo de aço é 0,60 m; e) A relação das velocidades dos eixos AA e BB é 61:1 214 / 283

215 Solução Potência P=Fv=(1000 9,81) 0,6=5886 watts (1 kgf =9,81 N ) Fv 5886 Considerando o rendimento : P= η 6924,7=6,9 kw 0,85 Velocidade : n=61 n1 n1 v 2 π =ω1= 60 r assim n1 0,6 n1=19,099 2π = 60 0,3 Logo, n=61 19,099=1165 RPM 215 / 283

216 Solução (cont) Conjugado : P 6,9247 C r =9550 = ,76 Nm n 1165 Momento de inércia do motor : v n1 2 π ,6 J=1,2 J m +J ( ) +m( )=1,2 0,05+3,4 ( ) +1000( ) n J =0,0851 kgm2 216 / 283

217 Conjugado médio do motor Motores categoria N e H C p C max C Mmed =0.45 ( + ) C n 9.81 Cn Cn Motores categoria D Cp C Mmed =0.6 ( ) C n Cn 217 / 283

218 Exercício Guincho/Talha 218 / 283

219 Dados Considerando um motor alimentado em 220V, com acoplamento redutor de 4:1 com eficiência de 90%, e rotação de 1200 rpm com raio 0.25m, movendo uma massa de 150kg, calcule: Momento de impulsão Potência em cv Conjugado Corrente no rotor Desconsidere as perdas adicionais 219 / 283

220 Cenário 2 Acoplamentos múltiplos O eixo do motor é conectado a um conjunto de engrenagens: E1 = 64 dentes E2 = 16 dentes E3 = 80 dentes A engrenagem E1 está fixa no eixo do motor A engrenagem E3 está fixa no eixo do tambor Recalcule para este cenário 220 / 283

221 PWM Pulse Width Modulation 221 / 283

222 PWM Circuito com / 283

223 Controle de Motor Síncrono com imã permanente interno 223 / 283

224 Exercício Transformador Primário: 300 espiras Secundário: 900 espiras Center tap : razão de ½ Tensão no primário: 115 V Quais tensões podem ser obtidas no secundário? 224 / 283

225 Solução Transformador Primário: 300 espiras Secundário: 900 espiras Center tap : razão de ½ Tensão no primário: 115 V ε2 N 2 ε1 = N 1 ε2 900 ε2=345 V = εtap= =172.5 V AC / 283

226 Auto transformadores 226 / 283

227 Auto transformadores - tensão 227 / 283

228 Auto transformadores - corrente 228 / 283

229 Máquinas Assíncronas Motores de indução Características Torque apenas fora da velocidade síncrona Excitação única Escorregamento Limitações Velocidade essencialmente constante Elevada corrente de partida Baixo torque de partida 229 / 283

230 Máquinas Assíncronas Formas construtivas Rotor bobinado Estator responsável pelo campo magnético Rotor em curto circuito com tensões e correntes induzidas Rotor e estator de aço com ranhuras para os enrolamentos Anéis coletores para controle de velocidade Gaiola Barras de cobre curto-circuitadas nas ranhuras do motor Curto-circuitadas por aneis 230 / 283

231 Rotor Bobinado 231 / 283

232 Rotor Gaiola de Esquilo 232 / 283

233 Motor 233 / 283

234 Método de resfriamento Máquinas abertas Resfriamento interno Máquinas fechadas Resfriamento externo 234 / 283

235 Escorregamento n1 n s= n1 n=n1 (1 s) Frequência das tensões e correntes: Pn1 f =s =sf / 283

236 Conjugado C=K Φm I 2 cos(ϕ2) Onde: C K I2 Φm cos(ϕ2 ) é o conjugado é uma constante é a corrente do rotor é o fluxo magnetizante é o fator de potência do rotor 236 / 283

237 Resistência do rotor bobinado 237 / 283

238 Controle de velocidade Número de polos do enrolamento do estator Tensão aplicada no estator 238 / 283

239 Controle de velocidade Resistência do circuito rotor 239 / 283

240 Tensão x Frequência V1 =constante f1 Para manter a característica do torque 240 / 283

241 Exercício Dado um motor de indução de 7 cv, 380V, 60Hz, 6 polos e escorregamento de 3%, calcule: Rotação síncrona em rpm Rotação real (com escorregamento) Corrente nominal de linha Se a frequência for de 50Hz, qual a tensão para manter a característica de torque? 241 / 283

242 Operação em 4 quadrantes Controle de velocidade de motor Redução da velocidade de um motor de ωm para zero Cortar a fonte de energia Frenagem sem controle Operação em modo gerador Frenagem controlada, econômica, rápida 242 / 283

243 Frenagem controlada Motor CC de Ímã permanente ou excitação independente Redução da corrente Tensão = 0 ou negativa Inversão do sentido da corrente da armadura Redução da tensão com a redução da velocidade Corrente constante Freio regenerativo Conjugado negativo 243 / 283

244 Conjugado e os 4 quadrantes 244 / 283

245 Variação de Velocidade 245 / 283

246 Operação em 4 quadrantes Controle Parte de P1 com velocidade ω1 Comando para ir de P1 a Q1 Conjugado invertido Modo regenerativo Comando para ir de Q1 a P2 Conjugado invertido máximo Velocidade zero Mantendo o conjugado Motor acelera novamente Ajusta o conjugado: operação em P2 246 / 283

247 Sumário Características de operação em quatro quadrantes Função Quadrante Velocidade Conjugado Potência de saída Motor sentido direto I Regeneração sentido direto IV Motor sentido inverso III Regeneração sentido inverso II / 283

248 Mais acoplamentos 248 / 283

249 Acoplamentos rígidos 249 / 283

250 Acoplamentos flexíveis 250 / 283

251 Força e ângulo 251 / 283

252 Alavanca 252 / 283

253 Acoplamentos magnéticos dϕ V= dt di1 di2 v 1=L1 ±M dt dt di2 di1 v 2=L2 ±M dt dt 253 / 283

254 Acoplamentos magnéticos 254 / 283

255 Acoplamentos magnéticos 255 / 283

256 Acoplamentos 256 / 283

257 Acoplamentos magnéticos 257 / 283

258 Ver vídeo 258 / 283

259 Tecnologias Novidades e Curiosidades 259 / 283

260 Motor de Indução Linear - MIL Corrente Campo magnético 260 / 283

261 Supercondutividade Um ímã levitando sobre um material supercondutor refrigerado a nitrogênio líquido, cuja temperatura é de aproximadamente -200 C ou 77 K. 261 / 283

262 Novidades 10/04/2013 Potência 11 kw Sem metal de terras raras => Diprósio e Neodímeo Uso de imã de ferro amorfo => Alta resistência a tração => Ótimo condutor de fluxo Magnético => Perdas muito pequenas 93% de eficiência No mercado em / 283

263 Metais amorfos Acredita-se que Ti40Cu36Pd14Zr10 é um material não carcinogênico, é aproximadamente 3 vezes mais resistente que titânio e seu módulo de elasticidade é quase igual ao dos ossos É altamente resistente ao desgaste e não produz pós abrasivos.essa liga não encolhe durante a solidificação.uma estrutura de superfície pode ser gerada que pode ser biologicamente anexável a ossos. Mg60Zn35Ca5, rapidamente resfriada para atingir sua estrutura amorfa, esta sendo investigada como bio-material para implantação em ossos na forma de pratos, parafusos e pinos, para corrigir fraturas. Ao contrário do aço ou Titânio essa liga amorfa se dissolve lentamente no organismo, em uma média de um milímetro por mês, o espaço deixado é substituído por tecido ósseo, essa taxa pode ser alterada variando a quantidade de zinco. Ref: Wikipedia 263 / 283

264 Calor Energia 10/04/2013 Alemães aperfeiçoam células que transformam calor em eletricidade O excesso de calor pode ser utilizado de maneira direta para gerar eletricidade através das células de calor, os chamados componentes termelétricos, de funcionamento semelhante às células dos painéis solares. Para tal, elas são instaladas em locais onde haja diferença de temperatura: quente de um lado e relativamente frio do outro. 264 / 283

265 Motores elétricos em aviões Motores elétricos podem chegar aos aviões em 2035 EADS anuncia avião conceitual que utiliza energia de baterias e elimina a emissão de poluentes. Referência: 23/06/ / 283

266 Motores sem escovas New trends in brushkess DC motor drives Electric Motors Inc. January 1, 2013 Menos matutenção Velocidades maiores Compactos Menos ruídos elétricos Melhor razão torque/peso Controle sem sensores Redução de variações no torque Uso de DSPs Padronização da interface de controle 266 / 283

267 Motor sem escovas - Controle 267 / 283

268 Proteção e Segurança 268 / 283

269 Curto circuito 269 / 283

270 Aterramento Hastes : 1.5 a 4m Resistência: 1 a 10Ω (típica = 5Ω) 270 / 283

271 Aterramento 271 / 283

272 Aterramento 272 / 283

273 Para-ráios em linha de transmissão 273 / 283

274 Neve em linhas de transmissão 274 / 283

275 Neve em linhas de transmissão 275 / 283

276 Neve em linhas de transmissão 276 / 283

277 Neve na linha de transmissão Neve acumulada 277 / 283

278 Remoção da neve Neve removida em queda 278 / 283

279 Helicóptero para limpeza 279 / 283

280 Helicóptero de Manutenção 280 / 283

281 Remoção de outros elementos 281 / 283

282 Dúvidas ou curiosidades? 282 / 283

283 Obrigado! 283 / 283