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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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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

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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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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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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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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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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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Curva de conjugado para diferentes valores de resistência de rotor.

Motores de Indução Bobinado

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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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REGIMES DE SERVIÇO:

è Regime S1: Regime contínuo

tn

Carga

Perdas

Elétricas

Temperatura

Tempo

máx

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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

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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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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

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Classe de isolamento

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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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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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Grau de Proteção

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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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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

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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])