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Conversão de Energia II
Aula 3.4
Motor de Indução Trifásico
Prof. João Américo Vilela
Departamento de Engenharia Elétrica
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Torque x velocidade
Conversão de Energia II
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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.
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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.
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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.
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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.
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Conversão de Energia II
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.
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Conversão de Energia II
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
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Conversão de Energia II
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.
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Conversão de Energia II
Motor de indução com rotor bobinado
Motores de Indução Bobinado
Motor de indução bobinado
2
2.1
2
2.1
2
2
.11
XXsRR
sRVq
wT
eqeq
eq
s
mec
Torque do motor em função do
escorregamento
Corrente no motor em função do
escorregamento
22.1
2
2.1
.1
2
XXsRR
VI
eqeq
eq
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Conversão de Energia II
Curva de conjugado para diferentes valores de resistência de rotor.
Motores de Indução Bobinado
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Conversão de Energia II
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.
Exercício 10
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Exercício
Conversão de Energia II
Um motor de indução de rotor bobinado, trifásico, seis pólos, 100 [kW] (Pmec),
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 I2R 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?
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Dados de placa dos motores de indução
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Dados de placa dos motores de indução
Regime de serviço
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Conversão de Energia II
REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S1: Regime contínuo
tn
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Tempo
máx
Dados de placa dos motores de indução
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REGIMES DE SERVIÇO:
è Regime S2: Funcionamento a carga constante durante um período inferior ao
tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico.
tn
Tempo
máx
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Dados de placa dos motores de indução
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Conversão de Energia II
REGIMES DE SERVIÇO:
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.
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura máx
Tempo
tn tr
Duração do ciclo
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Conversão de Energia II
REGIMES DE SERVIÇO:
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.
Carga
Perdas
Elétricas
Temperatura
Tempo
Duração do ciclo
máx
td tn tr
Dados de placa dos motores de indução
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Classe de isolamento
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Conversão de Energia II
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.
VIDA ÚTIL DO MOTOR:
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Conversão de Energia II
COMPOSIÇÃO DA TEMPERATURA EM FUNÇÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO:
Temperatura Ambiente ºC 40 40 40 40 40
T = Elevação de Temperatura K 60 75 80 105 125
( método da resistência )
Diferença entre o ponto mais ºC 5 5 10 10 15
quente e a temperatura média
Total: Temperatura do ponto ºC 105 120 130 155 180
mais quente
Classe de Isolamento - A E B F H
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Conversão de Energia II
Grau de Proteção
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Conversão de Energia II
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
GRAUS DE PROTEÇÃO
A letra (W) entre as letras IP e os algarismos, indica que o motor é protegido contra intempéries
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Conversão de Energia II
Conjugados normais,
Corrente de partida
normal,baixo
escorregamento Fator de serviço
Regime de serviço
Potência mecânica
Graus de proteção
Rendimento
e
Fator de potência
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Exercício
Conversão de Energia II
Um motor de indução trifásico em Y de 4 polos, 460 [V] (tensão de linha),
1740 [rpm], 60 [Hz] apresenta os seguintes parâmetros:
R1 = 0,25 [Ω]; R2’ = 0,2 [Ω]; X1 = X2’ = 0,5 [Ω]; Xm = 30 [Ω]
As perdas rotacionais são de 1700 [W]. Com os terminais do rotor em curto-
circuito, determine:
a) Corrente de partida quando partindo com tensão nominal; (Ip = 244,86 [A])
b) Torque na partida; (Tp = 185,2 [N.m])
c) Escorregamento com carga nominal; (s = 0,0333)
d) Corrente de entrada com carga nominal; ( I1 = 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; (Tn = 163,11 [N.m])
h) Eficiência do motor com carga nominal; ( η = 87,5%)
i) Escorregamento quando o torque máximo é desenvolvido; (sTmax = 0,1963)
j) Máximo torque desenvolvido; (Tmax = 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. (Rext = 0,8186 [Ω])