dimensionamento de motores elétricos
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Metodologia para dimensionamento de motores elétricos trifásicosTRANSCRIPT
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Dimensionamento Motor Elétrico
Trabalho 01
Questão 02
Carlos Althaus, Cicero Pinheiro e Dailson Julich
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Um motor elétrico pode ser dimensionado de 5 maneiras, sendo elas, todas adequadas.
Dimensionamento por potência eficaz
Dimensionamento por critério de conjugado máximo do motor
Dimensionamento pelo critério dos conjugados motor e resistente de partida
Dimensionamento pelo tempo de aceleração
Dimensionamento pelo critério de potência disponível
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Dimensionamento por potência eficazO conceito de potência eficaz, do motor intermitente e cargas variáveis, com tensão e rotação constantes e ventilação normal é justificado pela igualdade da quantidade de calor, gerado pelas perdas na condição de potência constante e nominal durante o período T e a quantidade de calor gerado pelo mesmo motor submetido ao ciclo intermitente, durante o idêntico período T.
Figura 1: Ciclo de cargas variáveis
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No ciclo constante:
As constantes A e B representam respectivamente as parcelas das perdas fixas e variáveis do motor.
No ciclo intermitente: e
Impondo as mesmas quantidades de calor desenvolvidas nos ciclos de carga constante e variável: ou
Experimentalmente verificou-se que a constante Kv, fator de ventilação introduzia na expressão 1 corrige convenientemente o valor de potência eficaz nos aumentos de temperatura devido aos estágios de desligamento e repouso.
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Período do motor ligado em funcionamento com a carga Pi.
Período do motor desligado e em repouso.
Coeficiente de ventilação, depende do tipo de ventilação.
A potência nominal do motor, Pn, deve ser inicialmente superior ao valor da potência eficaz Pef. Logo:
A norma ABNT NBR 7094 estabelece que a petência nominal desenvolvida pelo motor é para locais de altitudes limitadas a 1000 metros e a temperatura ambiente máxima de até 40º C.
Nas temperaturas ambientes superiores a 40º C além da redução da capacidade do meio refrigerante há a limitação do sobreaquecimento produzido pelas próprias perdas do motor em operação. As altitudes acima de 1000 metros, possuem ar rarefeito, que reduzem a capacidade de refrigeração do motor.
A Weg apresenta no seu catálogo uma tabela com coeficientes de correção, Kth da potência nominal dos motores classe de isolação B em função das variáveis de altitude (H) em metros e temperatura máxima ambiente (Ta) em ºC.
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O valor da potência nominal Pn, deve ser superior a potência eficaz, corrigida Pef.
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Dimensionamento pelo critério do conjugado máximo motor
Outro aspecto do dimensionamento que deve ser considerado é que nos ciclos de carga variáveis há momentos que o maior conjugado resistente da carga é superior ao conjugado nominal do motor. Mesmo para esta condição o motor escolhido deve possuir conjugado máximo superior ao conjugado resistente, incluindo a margem de segurança de pelo menos 20%.
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Dimensionamento pelo critério dos conjugados motor e resistente de partida
Para a adequação, no momento da partida o conjugado motor, Cmp também deve ser sempre superior ao conjugado resistente Co. Logo:
Cmp > Co
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Dimensionamento pelo critério do Tempo de aceleraçãoAs diversas cargas mecânicas aplicadas ao motor, de maneira geral podem ser caracterizadas e classificadas em cinco tipos diferentes.
As cargas mecânicas em geral podem ser apresentadas pela equação genérica:
– Conjugado de partida.
– Constante
N – Rotação
e – Expoente, que poderá ser -1, 0, 1 ou 2
Assim o conjugado de aceleração desenvolvido, Cac, é determinado por:
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A adequada aceleração do repouso até a rotação de regime é obtida com sempre positivo. O tempo de aceleração, , deve ser limitado afim de que o excessivo aquecido do processo de partida não danifique o motor.
Nos sistemas rotativos , a equação geral da mecânica que relaciona o conjugado de aceleração ( e a aceleração angular (dW/dt) da massa inercial no período de aceleração é determinada pela equação:
. dW/dt
- Momento de inércia total do rotor e carga (kg.m2)
Portanto o tempo total de aceleração, , contado entre o momento da partida e a rotação de regime é o somatório das variações de temperaturas, determinado para todos os pontos nas respectivas curvas do conjugado motor, e do conjugado resistente
Assim, ne equação anterior o tempo de aceleração é determinado entre o repouso, = 0 até o regime por:
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é para a condição : A1 + A2 = A3
é para a condição : B1 = B2
Nos motores de categorias N e H, o Conjugado Médio Motor , recomendado nos catálogos dos fabricantes é determinado com os valores do conjugado motor de partida, e o conjugado motor máximo, :
= 0,45 . ( + ) ( categoria N )
= 0,6 . ( categoria D )
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As equações para determinação dos conjugados resistentes médios, são definidas pela característica especifica de cada carga aplicada ao motor.
Conjugado Resistente Constante
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Conjugado Resistente Linear
Conjugado Resistente Parabólico
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Conjugado Resistente Hiperbólico
Conjugado Resistente Nulo
No caso de partida do motor em vazio, ou seja, sem carga, o conjugado médio de aceleração é o próprio conjugado médio motor.
Conjugado Resistente Não Definido
Neste caso não é possível a determinação do conjugado resistente médio sem o conhecimento prévio da curva conjugado resistente pela rotação. A solução é obtida através de métodos gráficos.
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O Tempo Máximo de Rotor Bloqueado é o tempo máximo que o motor
poderá permanecer com as correntes de rotor e estator nos valores de
partida, suportando um acréscimo de aquecimento de aquecimento,
logo após o funcionamento de regime, sob condições nominais e que
não ultrapasse os limites de temperatura de pico estabelecidos em
normas.
Afim de que a temperatura máxima durante o pico da partida não
ultrapasse os limites da classe térmica os fabricantes recomendam que
o tempo de aceleração, , seja inferior a 80% o tempo máximo de rotor
bloqueado, .
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Dimensionamento pelo critério da Potência Disponível
Nos momentos de partida e aceleração, as perdas Joule nos
enrolamentos são excessivas e o acréscimo de temperatura não é
desprezível. Em muitas aplicações para reduzir o tempo de frenagem o
motor não é apenas desenergizado, mas também desacelerado com o
auxílio de c.c aplicada ao enrolamento do estator ou ainda por reversão
elétrica
A potência disponível para o motor acionar a carga é conceituada coo a
potência que poderá ser requerida do motor mesmo submetido a
partidas, frenagens ou reversões, sem comprometer a sua integridade
ou dos matérias isolantes.
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Potência disponível, para o motor acionar a carga.
Coeficiente em função de: Partida = 1
Frenagem = 3
Reversão = 4
Número de partidas, frenagens ou reversões por hora
Relação entre correntes de partida e nominal do motor
Tempo de aceleração
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A potência disponível para o motor operar satisfatoriamente no ciclo de
carga estabelecido e suportar as condições de partida e eventuais
frenagens deve ser superior a potência eficaz corrigida e exigida.
Concluindo para a correta definição da potência nominal do motor, a
inequação deve ser plenamente satisfeita.
Pn > PDisp > P’EF