Engenharia Elétrica - 9o período Hélio Marques Sobrinho hmarx@linuxtech.com.br http://linuxtech.com.br/downloads 1 / 283
Horários das aulas Segunda e Quarta 19:00 às 20:40 2 / 283
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: http://bookboon.com 3 / 283
Algumas unidades úteis Carga Coulombs, C Um elétron ou um próton tem 1.602 * 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
Conceitos Corrente contínua Corrente alternada 5 / 283
Campo Elétrico Q1 Q2 Lei de Coulomb F = k x Q 1 x Q2 / r 2 K é a constante eletrostática No vácuo k0 = 8.988 X 109 Nm2/c2 r 6 / 283
LEIS BÁSICAS Leis de Newton Lei de Coulomb Leis de Faraday Lei de Lens 7 / 283
Segunda lei de Newton Lei da inércia ou Impulso 8 / 283
Terceira lei de Newton Lei da ação e reação 1a Lei de Coulomb (no vácuo k = 9 109) 9 / 283
Sistemas Eletromagnéticos Elementos Lineares e não lineares Resistivos, capacitivos e indutivos +x ou -x x x 10 / 283
Lei de Faraday-Newmann-Lens onde 11 / 283
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. 1013 Em Ω.m ou Ohm.m a 20oC 12 / 283
Corrente e Campo Magnético 13 / 283
Campo e Fluxo Fluxo magnético Φ = sup B. da Campo uniforme e superfície plana Φ = B. A = B. A cos(φ) 14 / 283
Indutância Indutância Bobina de comprimento L em m Frequência f em Hz XL = ωl = 2πfL em henry 15 / 283
Circuito R-L-C vr(t) = R. i(t) vl(t) = L. di(t) /dt vc(t) = C-1 i(t)dt 16 / 283
Simbologia Diagramas Multifilares Diagramas Unifilares 17 / 283
Fiação e identificação padrão 18 / 283
Um diagrama simples 19 / 283
Impedância complexa e fasores Z2 = R2 + (XL XC)2 XL = jωl e Xc = 1/(jωC) ω = 2 π f em Hz 20 / 283
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
Terminologia Acionamento Manual Corrente alternada Corrente contínua Botões Acionamento ou interrupção de corrente Comandos de fim de curso Sinalizadores 22 / 283
Terminologia Chaves principal seccionadora seccionadora sob carga Circuito auxiliar principal Contatos Principal e auxiliar N/A N/F 23 / 283
Correntes envolvidas Corrente de curto Corrente nominal Corrente de partida Sobrecarga 24 / 283
Circuito trifásico 25 / 283
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
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
Tipos de motores CA 28 / 283
Motor gaiola de esquilo Mais robusto Não requer escovas ou comutadores 29 / 283
Motor com rotor bobinado 30 / 283
Motor Dahlander Duas velocidades X e 2X 31 / 283
Tipos de motores CC 32 / 283
Motor de indução Circuito magnético estático Bobinas no estator Rotor com núcleo ferro magnético 33 / 283
Tipos de Motores - Potência x RPM 34 / 283
Placa de identificação típica 35 / 283
Exemplo real 36 / 283
Motor Frames 37 / 283
Tabela NEMA primeiros valores etc... 38 / 283
Motor de indução monofásico Não possuem campo girante Bobina auxiliar adiantada ~90o 39 / 283
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
Esquemas de ligação c/ 4 terminais 2 valores de tensão Tipicamente 110 V e 220 V 41 / 283
Esquemas de ligação c/ 6 terminais 2 valores de tensão Inversão de rotação : terminais 5 e 6 110 V 220 V 42 / 283
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
Motor de polo sombreado Torque x Rotação 44 / 283
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
Motor de fase dividida Torque x Rotação 46 / 283
Um exemplo 47 / 283
Motor de capacitor de partida Torque x Rotação 48 / 283
Motor de capacitor permanente Torque x Rotação 49 / 283
Motor de dois capacitores Torque x Rotação 50 / 283
Identificação das bobinas do motor monofásico Uso de ohmímetro Maior resistência Bobina auxiliar 5-6 Outras Bobinas principais 51 / 283
Polarização das bobinas motor monofásico Inversão de uma das bobinas Tensão nominal Conexão de Menor corrente! 52 / 283
Motores síncronos CA Velocidade do motor constante Campo girante rpm f em Hertz P : número de polos Fonte de excitação CC 53 / 283
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
Vantagens de motores síncronos Fornecimento de força mecânica Correção de fator de potência Maior rendimento Uso de entreferro maiores Menores tolerâncias 55 / 283
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... 56 / 283
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
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
Contator de potência 59 / 283
Contator de potência 60 / 283
Controle de motores Tiristor Aceleração Desaceleração Otimização para carga parcial 61 / 283
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
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
Acionamento de Motores Elétricos 64 / 283
Acionamento de Motores 65 / 283
Cálculos Dados da placa P0 é Potência de saída 1 HP = 745.699872 watts Tensão Velocidade em rad/s; Nr é Rotação em rpm 2 π N r rad/s ωm = 60 Conjugado de saída P0 745.6 Potência, W T 0= = ωm velocidade, rad / s Nm 66 / 283
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
Conversores de potência Retificadores Controlados 68 / 283
Conversores de potência Inversores 69 / 283
Conversores de potência 70 / 283
Controladores 71 / 283
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
Quadros sinóticos 73 / 283
Paineis de controle digitais 74 / 283
Inversor short break 75 / 283
Transistor NPN 76 / 283
Flip-Flop Tipo D 77 / 283
Acionamento remoto 78 / 283
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
Módulos do PLC 80 / 283
Ambiente do sistema 81 / 283
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
Programação Instruções aritméticas ( +, -, *, / ) Manipulação de palavras (move, copia,...) Comunicação e mensagens entre PLCs Sequenciamento Manipulação de dados 83 / 283
Instruções 84 / 283
Programação Ladder 85 / 283
Ladder x Lógica 86 / 283
Ladder x Lógica 87 / 283
Circuito simples 88 / 283
Relay Ladder 89 / 283
PLC Ladder 90 / 283
Outro exemplo 91 / 283
Relay Ladder 92 / 283
PLC Ladder 93 / 283
Circuitos de Controle e Potência 94 / 283
Retardo 95 / 283
Temporizador - 555 96 / 283
Exemplo 97 / 283
Transformador dϕb ε1= N 1 dt dϕb ε2= N 2 dt ε2 N 2 ε1 = N 1 98 / 283
Tensões e Correntes 99 / 283
Entreferros (gaps) Espraiamento Frangeamento Espalhamento 100 / 283
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
Circuito equivalente Dados Simetria : 102 / 283
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
Equações 104 / 283
Elementos de conexão elétrica 105 / 283
Contatos elétricos 106 / 283
Condutores 107 / 283
Cabos - corrente máxima 108 / 283
Acoplamento indutivo 109 / 283
Canaletas e eletrocalhas 110 / 283
Quadro de distribuição 111 / 283
O que não fazer! 112 / 283
Estruturação 113 / 283
Elementos de controle - 1 Relés NA e/ou NF Corrente e tensão máximas Tempo de abertura / fechamento Resistividade dos contatos 114 / 283
Elementos de controle - 2 Sensores de corrente 115 / 283
Elementos de controle - 3 Sensores de tensão 116 / 283
Elementos de controle - 4 Amplificador Operacional 117 / 283
Elementos de controle - 5 Conversores DA 118 / 283
Elementos de controle - 6 Conversores AD 119 / 283
Elementos de controle - 7 Fusíveis 120 / 283
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 IEC60269-2-1 (NBR11841) 121 / 283
Chaves fusíveis 122 / 283
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
Elementos de controle - 9 Disjuntores 124 / 283
Elementos de controle - 10 Processadores e microcontroladores 125 / 283
Elementos de controle - 11 Lógica de controle 126 / 283
Elementos de controle - 12 Supervisório e HMI 127 / 283
Quadro de controle de motores 128 / 283
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
Transformada de Laplace Propriedades Linearidade Derivação 130 / 283
Transformada de Laplace Propriedades Integração Dualidade 131 / 283
Transformada de Laplace Propriedades Deslocamento na frequência Deslocamento no tempo 132 / 283
Transformada de Laplace Propriedades Deslocamento na n-ésima potência Convolução 133 / 283
Resumo 1/2 134 / 283
Resumo 2/2 135 / 283
Função de transferência Y(s) X(s) H(s) ou 136 / 283
Função de transferência Propriedade aditiva - 1 137 / 283
Função de transferência Propriedade aditiva - 2 138 / 283
Função de transferência Propriedade multiplicativa 139 / 283
Função de transferência Realimentação / Controle 140 / 283
Exemplo 141 / 283
Outro exemplo Relação VI Laplace 142 / 283
Tensões nos nodos a e b 143 / 283
Separando os termos comuns 144 / 283
Resolvendo as 2 equações 145 / 283
Usando o Matlab Reescrevendo as equações dinâmicas: 146 / 283
Na forma matricial Invertendo a matriz: 147 / 283
Tratando a derivada 148 / 283
Root locus Circuito de controle Função de transferência: Raizes de : =0 Polo : frequência de ressonância ganho infinito Zero : frequência bloqueada ganho zero 149 / 283
Usando o Matlab 150 / 283
Usando o Matlab root locus 151 / 283
Motores mais comuns Motores AC monofásicos/trifásicos gaiola de esquilo 152 / 283
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
Elementos de partida 154 / 283
Circuitos Circuito principal ou de potência Alimentação do motor Circuito de comando Liga / desliga Controle do motor 155 / 283
Chaves de partida Dispositivos de proteção Dispositivos de comando Fusível, relé térmico, disjuntor Botão, contator, temporizador Dispositivos de sinalização Sinaleiro, voltímetro, amperímetro 156 / 283
Circuito para partida direta 157 / 283
Dispositivos em baixa tensão Seccionamento Seccionador : manobrado sem carga Interruptor : manobrado com carga 158 / 283
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
Comutação Estabelecer, Interromper, Regular a corrente Eletromecânicos Contatores e disjuntores Eletrônicos Relés, contatos estáticos, conversores de frequência 160 / 283
Revisão: Componentes 161 / 283
Catálogo de Motores 162 / 283
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
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
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
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
Ensaios de tipo (3) Determinação do conjugado máximo Ensaio de tensão suportável 167 / 283
Ensaios especiais Partida com levantamento das curvas características Conjugados de partida Mínimo e máximo Corrente de partida 168 / 283
Classes de torque de motores 169 / 283
Classes de isolamento de motores CLASSE A 105ºC CLASSE E 120 C CLASSE B 130ºC CLASSE F 155 C CLASSE H 180ºC 170 / 283
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
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
Rendimento do acoplamento Pc ηac = Pn Onde: Pc é Potência transmitida à carga em Watts 173 / 283
Conjugado x Rotação 174 / 283
Máquinas não convencionais Motor DC convencional 175 / 283
Máquinas não convencionais Motor DC sem escovas Comutadores eletrônicos Transistores bipolares Transistores de efeito de campo Tiristores 176 / 283
Transistores bipolares 177 / 283
Transistores Curva típica 178 / 283
Transistor de efeito de campo 2DEG: Two-dimensional electron gas 179 / 283
Funcionamento do FET 180 / 283
Transistor de efeito de campo 181 / 283
Tiristores 182 / 283
Tiristores Curva típica 183 / 283
Diodo Zener 184 / 283
Dopagem 185 / 283
Rotor de entreferro axial 186 / 283
Sensor Hall Transdutor Tensão de saída variável pelo campo magnético Usos Sensor de proximidade Posicionamento Detecção de velocidade Detecção de corrente 187 / 283
Rotor externo 188 / 283
Rotor interno 189 / 283
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
Formas de onda de f.e.m e torque 191 / 283
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
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
Formas das correntes Disparos dos transistores 194 / 283
NEXT 195 / 283
Ro to r Es ta to r Motor de Indução modelo 196 / 283
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
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
Circuito equivalente sem Rw 199 / 283
Circuito Thévénin 200 / 283
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
Conjugado mecânico interno P em watts, ωs em radianos/s Cmi em Nm 202 / 283
Corrente no rotor Substituindo I2 temos: 203 / 283
Unidades 204 / 283
Conjugado e Potência 205 / 283
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
Acoplamento direto 207 / 283
Momento de inércia m em kg v em m/s Ec em joules 208 / 283
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
Velocidades diferentes Simplificando: 210 / 283
Múltiplos acoplamentos 211 / 283
Guincho ou talha simples 212 / 283
Guincho ou talha simples 213 / 283
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
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
Solução (cont) Conjugado : P 6,9247 C r =9550 =9550 56,76 Nm n 1165 Momento de inércia do motor : v n1 2 π 1165 1 2 0,6 J=1,2 J m +J ( ) +m( )=1,2 0,05+3,4 ( ) +1000( ) n 60 61 122 2 J =0,0851 kgm2 216 / 283
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
Exercício Guincho/Talha 218 / 283
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
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
PWM Pulse Width Modulation 221 / 283
PWM Circuito com 555 222 / 283
Controle de Motor Síncrono com imã permanente interno 223 / 283
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
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 = 115 300 345 εtap= =172.5 V AC 2 225 / 283
Auto transformadores 226 / 283
Auto transformadores - tensão 227 / 283
Auto transformadores - corrente 228 / 283
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
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
Rotor Bobinado 231 / 283
Rotor Gaiola de Esquilo 232 / 283
Motor 233 / 283
Método de resfriamento Máquinas abertas Resfriamento interno Máquinas fechadas Resfriamento externo 234 / 283
Escorregamento n1 n s= n1 n=n1 (1 s) Frequência das tensões e correntes: Pn1 f =s =sf 1 120 235 / 283
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
Resistência do rotor bobinado 237 / 283
Controle de velocidade Número de polos do enrolamento do estator Tensão aplicada no estator 238 / 283
Controle de velocidade Resistência do circuito rotor 239 / 283
Tensão x Frequência V1 =constante f1 Para manter a característica do torque 240 / 283
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
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
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
Conjugado e os 4 quadrantes 244 / 283
Variação de Velocidade 245 / 283
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
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 - + - 247 / 283
Mais acoplamentos 248 / 283
Acoplamentos rígidos 249 / 283
Acoplamentos flexíveis 250 / 283
Força e ângulo 251 / 283
Alavanca 252 / 283
Acoplamentos magnéticos dϕ V= dt di1 di2 v 1=L1 ±M dt dt di2 di1 v 2=L2 ±M dt dt 253 / 283
Acoplamentos magnéticos 254 / 283
Acoplamentos magnéticos 255 / 283
Acoplamentos 256 / 283
Acoplamentos magnéticos 257 / 283
Ver vídeo 258 / 283
Tecnologias Novidades e Curiosidades 259 / 283
Motor de Indução Linear - MIL Corrente Campo magnético 260 / 283
Supercondutividade Um ímã levitando sobre um material supercondutor refrigerado a nitrogênio líquido, cuja temperatura é de aproximadamente -200 C ou 77 K. 261 / 283
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 2014 262 / 283
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
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
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: http://www.tecmundo.com.br/aviao/10984-motores-eletricospodem-chegar-aos-avioes-em-2035.htm#ixzz2rmyywxwh 23/06/2011 265 / 283
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
Motor sem escovas - Controle 267 / 283
Proteção e Segurança 268 / 283
Curto circuito 269 / 283
Aterramento Hastes : 1.5 a 4m Resistência: 1 a 10Ω (típica = 5Ω) 270 / 283
Aterramento 271 / 283
Aterramento 272 / 283
Para-ráios em linha de transmissão 273 / 283
Neve em linhas de transmissão 274 / 283
Neve em linhas de transmissão 275 / 283
Neve em linhas de transmissão 276 / 283
Neve na linha de transmissão Neve acumulada 277 / 283
Remoção da neve Neve removida em queda 278 / 283
Helicóptero para limpeza 279 / 283
Helicóptero de Manutenção 280 / 283
Remoção de outros elementos 281 / 283
Dúvidas ou curiosidades? 282 / 283
Obrigado! 283 / 283