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Máquinas de Indução - Características Operacionais 1. Introdução As máquinas de corrente alternada, em particular as máquinas de indução foram inventadas no século XIX por Nikola Tesla em torno do ano 1880. O seu desenvolvimento foi financiado originalmente por George Westinghouse (U.S.A.). A evolução foi bastante rápida e logo as máquinas de indução se tornaram o principal tipo de conversor eletromecânico e favoreceu enormemente a proliferação dos sistemas de corrente alternada. Essa posição de liderança das máquinas de indução nos mais diversos setores de atividade, particularmente na indústria é mantida ainda hoje e deverá perdurar por bastante tempo. As máquinas de indução são robustas construtivamente, apresentam elevado rendimento e custo inicial baixo. Sua vida útil é projetada para período em torno de 20 anos, mas se for utilizada dentro das especificações de projeto podem durar muito mais tempo. As máquinas de indução possuem enrolamentos estatóricos distribuídos e localizados em ranhuras ao longo do perímetro do entreferro de forma que a força magnetomotriz de cada enrolamento é senoidalmente distribuída e se manifesta principalmente no entreferro. A combinação das forças magnetomotrizes das diferentes fases é tal que produz uma fmm resultante, também senoidalmente distribuída, de amplitude constante e que gira com velocidade constante em relação à superfície do estator. A velocidade de rotação das fmms e de todas as quantidades espacialmente distribuidas giram à velocidade síncrona, que é definida pelo número de pólos do estator e a frequência das tensões/correntes da fonte que alimenta o motor. Assim, a máquina de indução alimentada diretamente de uma rede de frequência fixa possui velocidade praticamente constante. A Fig. 01 Curso de Pós Graduação em Engenharia Elétrica / UFU – Outubro 2003 Acionamento de Máquinas Elétricas - Prof. Darizon A. Andrade 1

Maquinas de Inducao

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máquina de indução - princṕios

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  • Mquinas de Induo - Caractersticas Operacionais 1. Introduo As mquinas de corrente alternada, em particular as mquinas de induo foram

    inventadas no sculo XIX por Nikola Tesla em torno do ano 1880. O seu

    desenvolvimento foi financiado originalmente por George Westinghouse (U.S.A.). A

    evoluo foi bastante rpida e logo as mquinas de induo se tornaram o principal

    tipo de conversor eletromecnico e favoreceu enormemente a proliferao dos

    sistemas de corrente alternada. Essa posio de liderana das mquinas de

    induo nos mais diversos setores de atividade, particularmente na indstria

    mantida ainda hoje e dever perdurar por bastante tempo.

    As mquinas de induo so robustas construtivamente, apresentam elevado

    rendimento e custo inicial baixo. Sua vida til projetada para perodo em torno de

    20 anos, mas se for utilizada dentro das especificaes de projeto podem durar

    muito mais tempo.

    As mquinas de induo possuem enrolamentos estatricos distribudos e localizados

    em ranhuras ao longo do permetro do entreferro de forma que a fora

    magnetomotriz de cada enrolamento senoidalmente distribuda e se manifesta

    principalmente no entreferro. A combinao das foras magnetomotrizes das

    diferentes fases tal que produz uma fmm resultante, tambm senoidalmente

    distribuda, de amplitude constante e que gira com velocidade constante em relao

    superfcie do estator. A velocidade de rotao das fmms e de todas as

    quantidades espacialmente distribuidas giram velocidade sncrona, que definida

    pelo nmero de plos do estator e a frequncia das tenses/correntes da fonte que

    alimenta o motor. Assim, a mquina de induo alimentada diretamente de uma

    rede de frequncia fixa possui velocidade praticamente constante. A Fig. 01

    Curso de Ps Graduao em Engenharia Eltrica / UFU Outubro 2003 Acionamento de Mquinas Eltricas - Prof. Darizon A. Andrade

    1

  • apresenta uma vista esquemtica em corte de uma mquina de induo de 4 plos,

    indicando a distribuio terica de fluxo magntico ao longo do entreferro. A parte

    mvel das mquinas de induo, o rotor, apresenta duas formas construtivas

    distintas: o rotor enrolado, e o rotor em gaiola.

    st2 st1

    st3

    st4

    Fig. 1 Caminhos de fluxo terico em um motor de induo de 4 plos

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  • Nos rotores enrolados a superfcie do rotor ranhurada e enrolamentos tambm

    distribudos so inseridos nas ranhuras. Quando circula corrente em um

    enrolamento do rotor, a fora magnetomotriz resultante senoidalmente distribuda

    no espao. Nas mquinas trifsicas, as mais comuns, existem trs enrolamentos no

    rotor, isolados eltricamente do ncleo. Esses enrolamentos so normalmente

    conectados em estrela e se fazem acessveis por meio de anis deslizantes. Nos

    rotores em gaiola, que representam a esmagadora maioria de mquinas de induo,

    o rotor tambm ranhurado, onde so inseridos condutores na forma de barras,

    que no possuem isolamento eltrico em relao ao material do ncleo magntico e

    so curto-circuitados nas duas laterais, formando assim uma gaiola condutora sem

    terminais de acesso externo mquina, da o nome rotor gaiola. Os rotores do tipo

    gaiola so muito robustos devido a sua construo e suportam elevados esforos

    eltricos e mecnicos.

    2. O Princpio de Operao da Mquina de Induo.

    Seja a figura a seguir que mostra o estator e o rotor de uma mquina de induo

    genrica de forma extendida. Os condutores dos enrolamentos do estator no esto

    representados, mas a fora magnetomotriz resultante do estator representada por

    Fs. A fora magnetomotriz resultante do estator Fs gira com a velocidade ws na

    direo indicada. A ao da fmm Fs provoca o aparecimento de fluxo magntico

    cujo caminho se completa envolvendo o rotor e atravessando o entreferro.

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    3

  • FsBsEr

    tator

    rotor

    s

    sestator

    Fig. 2 - Distribuio espacial de fora magnetomotriz de estator, densidade de fluxo e tenso

    induzida no rotor.

    Observe que a onda de distribuio de densidade de fluxo gira em sincronismo e

    est em fase com a onda de fmm, isto , o mximo da fmm provoca mxima

    densidade de fluxo. A onda de densidade de fluxo atravessando o rotor, e girando

    em relao a ele, corta os condutores do rotor, gerando a uma tenso que

    proporcional velocidade relativa entre a fmm e o rotor. Isto vai causar tenses

    induzidas nas barras do rotor. Observe que a tenso induzida proporcional

    velocidade relativa entre fmm de estator e o rotor. Como os vetores velocidade dos

    condutores do rotor, densidade de fluxo magntico e o comprimento da barra do

    rotor esto em quadratura no espao, a tenso induzida em cada barra

    simplesmente o produto das amplitudes dessas trs grandezas, isto ,

    vbarra= . Observe que para um observador fixo no (ou no referencial

    do) rotor a tenso induzida nas barras sofrer uma variao senoidal ao longo do

    tempo. Como a velocidade relativa entre a fmm do estator e o comprimento das

    diversas barras ao longo da superfcie do rotor so constantes, a tenso induzida em

    cada barra em um dado instante de tempo diretamente proporcional ao valor de

    induo magntica a que a barra est sujeita. Ocorre portanto uma distribuio

    senoidal de tenso induzida ao longo da superfcie do rotor. Essa distribuio

    l.B.velv barra =

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  • espacial senoidal de tenso induzida est em fase espacial e gira em sincronismo

    com a distribuio espacial de fmm do estator, bem como com a distribuio

    espacial de densidade de fluxo, conforme representado na Fig. 3.

    sFsFr

    Fig. 3 Relao especial entre as fmms de estator e rotor.

    Com o circuito do rotor fechado, as tenses induzidas vo provocar a circulao de

    correntes. Dado que a tenso em cada barra do rotor senoidal ao longo do

    tempo, tambm ser a corrente induzida. Assim verifica-se que uma distribuio

    espacial de fluxo, de amplitude constante, girando com velocidade constante ao

    longo entreferro e cortando os condutores do rotor induz nestes o aparecimento de

    tenses cujas amplitudes variam senoidalmente no tempo.

    Levando em conta que o circuito do rotor indutivo, em cada barra a corrente vai

    estar atrasada da tenso correspondente de um determinado ngulo. Ainda, da

    mesma forma que no estator onde se tem uma distribuio senoidal de corrente

    formando uma distribuio senoidal de fmm, tambm no rotor a distribuio senoidal

    de corrente induzida vai provocar o aparecimento da fora magnetomotriz do rotor.

    Esta senoidalmente distribuda no espao, est atrasada da fmm do estator de um

    ngulo correspondente a 90o eltricos mais um ngulo dependente da reatncia de

    disperso do rotor conforme mostrado na Fig. 3. A interao da fmm do estator

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  • com a fmm induzida no rotor resulta em conjugado eletromagntico que tende a

    arrastar o rotor no sentido de rotao da fora magnetomotriz do estator.

    A esta altura importante observar que a) A fora magnetomotriz induzida no rotor

    possui o mesmo nmero de plos e se desloca mesma velocidade que a fmm do

    rotor, isto , a velocidade sncrona; b) Todas as outras grandezas so senoidalmente

    distribudas e se deslocam velocidade sncrona devido a ao da fmm do estator.

    Isto leva concluso de que a fmm do estator governa o funcionamento da

    mquina de induo. A Fig. 4 mostra um diagrama de como as foras

    magnetomotrizes de estator e rotor se comportam no espao.

    Matemticamente o conjugado produzido por dois enrolamentos senoidalmente

    distribudos interagindo na mesma regio do espao expresso por:

    = sinFFK rseC

    Fs

    Fr

    s

    Essa figura indica a condio onde o

    escorregamento muito elevado. A

    frequncia das correntes e tenses

    induzidas no rotor quase igual

    tenso da rede e portanto a reatncia

    de disperso do rotor elevada

    fazendo com que a defasagem espacial

    entre as duas componentes de fmm

    seja grande. Mesmo que as correntes

    sejam elevadas o conjugado ser

    pequeno.

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  • Fs

    Fr

    s

    Essa figura indica uma condio de

    escorregamento intermedirio, mas

    no muito baixo. A defasagem entre as

    duas componentes de fmm j se torna

    menor porque a reatncia do rotor

    diminuiu em funo da diminuio da

    frequncia das tenses e correntes do

    rotor.

    Fs

    Fr

    s

    Essa figura indica a condio de

    funcionamento nominal do motor de

    induo. A frequncia das correntes e

    tenses induzidas no rotor agora

    bem baixa, levando a uma reatncia de

    disperso menos significante. Nesse

    caso o fator de potncia do rotor

    quase unitrio. O ngulo espacial de

    defasagem pouco maior que 90o e

    conjugado nominal produzido com

    correntes menores.

    Fig. -

    Conforme mencionado no texto, as tenses induzidas nos condutores do rotor e

    consequentemente as correntes rotricas so funo da velocidade relativa entre o

    campo magntico girante (que gira velocidade sncrona) e a velocidade mecnica

    do rotor. Essa velocidade relativa, normalizada pela velocidade sncrona recebe o

    nome de escorregamento, e uma das grandezas mais importantes na

    compreenso da operao da mquina de induo. O escorregamento dado por

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  • s

    rs

    =s

    Quando se trata de acionamento de motores de induo muitas vezes utilizado o

    termo velocidade de escorregamento. A velocidade de escorregamento ( ) a

    diferena absoluta entre a velocidade sncrona e a velocidade do rotor, isto

    sr

    rssr =

    3. O circuito equivalente do motor de induo trifsico

    O circuito equivalente de um motor de induo trifsico simtrico, balanceado, que

    possui parmetros de fases idnticos apresentado na figura abaixo. No circuito

    equivalente Vs corresponde tenso aplicada fase do motor, E1 a fora

    contraeletromotriz e Rr/s corresponde a uma resistncia fictcia que representa toda

    a potncia manipulada pelo rotor da mquina. Rs e Rr so respectivamente as

    resistncias dos enrolamentos de estator e rotor por fase, Xls e Xlr correspondem s

    reatncias de disperso do estator e do rotor, Xm corresponde reatncia de

    magnetizao da mquina e Rc representa as perdas no ncleo da mquina

    (Histerese e Foucault). Uma forma alternativa do circuito equivalente apresentada

    na Fig. 6, onde a resistncia fictcia do rotor Rr/s explicitada em duas

    componentes.

    Rs j Xlsj Xlr

    RrsRcj Xm

    E1

    Ias IrI0

    Im Ic

    Vas

    Fig. 5 Circuito equivalente de um motor de induo polifsico, simtrico.

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  • Rs j Xlsj Xlr

    RrsRcj Xm

    E1

    Ias IrI0

    Im Ic

    Vas

    Rr

    (1-s)

    Fig. 6 Circuito equivalente do motor de induo explicitando a resistncia rotrica e

    a resistncia fictcia cuja potncia corresponde potncia convertida em mecnica.

    Essa apresentao usual para separar as perdas joule do rotor da potncia

    convertida em potncia mecnica pela mquina. A partir do circuito equivalente o

    diagrama fasorial das grandezas da mquina obtido. O diagrama fasorial para um

    dado ponto de operao mostrado na Fig. 7.

    Assim, dado o circuito equivalente com os seus parmetros, se a mquina estiver

    conectada em delta, a tenso de fase igual tenso de linha aplicada e este o

    valor de tenso utilizado nos clculos. As correntes determinadas correspondem s

    correntes de fase, portanto para se determinar as correntes de linha as correntes de

    fase determinadas devem ser multiplicadas pelo fator 3 . No caso de uma mquina

    conectada em estrela, deve-se considerar o valor da tenso de fase, portanto

    dividindo o valor da tenso de linha pelo fator 3 . As correntes determinadas j

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  • mIm

    I0

    Ir

    Ias

    Ic

    1

    IasRs

    j XlsIasVas

    Fig. 7 Diagrama fasorial do motor de induo.

    correspondem s correntes de linha dado que neste tipo de ligao corrente de linha

    igual corrente de fase.

    O circuito equivalente se presta para anlise de regime permanente somente.

    Permite determinar as correntes de estator, rotor e magnetizao, rendimento, fator

    de potncia, conjugado eletromagntico desenvolvido para um determinado

    escorregamento e outras grandezas relativas a operao da mquina. As seguintes

    relaes so importantes na anlise de regime permanente da mquina de induo:

    Potncia que atravessa o entreferro: 2rr

    a IsR3P =

    Potncia perdida na resistncia do rotor: a2rrjr sPIR3P ==

    Potncia interna (Pa - Pjr) 2rr

    i Is)s1(R3P =

    Conjugado interno 2rs

    ri Is

    R3

    =C

    Conjugado no eixo (av - atrito e ventilao)

    avi CC

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  • O fator de potncia determinado por meio da impedncia equivalente. Para cada

    escorregamento a mquina possui um valor de impedncia equivalente diferente. A

    impedncia do circuito do rotor lrr

    r jXsRZ += , a impedncia do ramo de

    magnetizao m

    cmm jXRc

    RjXZ+

    = e a impedncia de disperso do estator lsss jXRZ +=

    formam a impedncia equivalente =+

    += eqmr

    mrseq ZZZ

    ZZZZ . O fator de potncia

    dado pelo cosseno do ngulo .

    4. Aspectos relevantes na operao de motores de induo.

    Conforme se observa pelo circuito equivalente, a corrente de estator corresponde

    soma fasorial entre a corrente do rotor e a corrente de excitao (I0) da mquina.

    A figura a seguir mostra as amplitudes das correntes de estator, rotor e

    magnetizao calculadas em funo da velocidade do rotor para um motor de 4

    plos, 60 Hz.

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    20

    40

    60

    80

    100

    120Motor de induo - circuito equivalente

    Cor

    rent

    es,

    A

    velocidade do rotor - rpm

    Is

    Ir

    Im

    Fig. 7 Amplitude das correntes de estator, rotor e magnetizao vs. velocidade

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  • Tipicamente um motor de induo de 4 plos opera no ponto nominal com

    escorregamento em torno de 2-5%. Um escorregamento de 10%

    corresponde para um motor de 4 plos, 60 Hertz, a uma velocidade

    rotrica de 1620 rpm, enquanto 2% corresponde a 1764 rpm. Um

    zoomda figura acima mostrado abaixo para esse intervalo de

    escorregamentos. Observa-se que as correntes so bastante sensveis ao

    escorregamento. Dado que as perdas joule rotricas so diretamente

    proporcionais ao escorregamento, motores de induo sempre devem

    operar com o menor escorregamento possvel. Outro aspecto relevante

    da anlise pelo circuito equivalente que na regio de operao normal a

    corrente de magnetizao permanece aproximadamente constante.

    Entretanto, ao longo de todo o intervalo de velocidades esse valor varia bastante

    devido ao fato de que para tenso nominal aplicada e elevados escorregamentos a

    corrente rotrica tem amplitude elevada e consequentemente a corrente de estator

    provoca uma considervel queda de tenso na resistncia do enrolamento do

    estator, dessa forma reduzindo a capacidade de produo de fluxo da mquina, o

    que se manifesta por uma menor corrente de magnetizao e menor fora contra-

    eletromotriz. Esse aspecto pode ser observado na figura 9.

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  • 1600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760 1780 18000

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50Motor de induo - c ircuito equivalente

    Cor

    rent

    es,

    A

    velocidade do rotor - rpm

    Is

    Ir

    Im

    Fig. 8 Zoom da figura 7 mostrando a regio de escorregamento de 0-10%

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    50

    100

    150

    200

    250

    velocidade do rotor - rpm

    Tens

    es,

    V

    Motor de induo - circuito equivalente

    E1

    Rs*Is

    Fig. 9 Fora contra eletromotriz e queda na resistncia do estator.

    5. A caracterstica de conjugado por velocidade.

    A caracterstica de sada mais importante do motor de induo a sua curva de

    conjugado por velocidade. A Fig. 9 mostra a curva tpica de conjugado em funo

    da velocidade para um motor de induo.

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  • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3Curva de conjugado por velocidade

    Con

    juga

    do -

    p.u

    .

    velocidade - rpm

    operao instvel

    operao estvel

    Fig. 10 Curva de conjugado por velocidade do motor de induo.

    Quando acionando uma carga mecnica, em regime permanente, a uma

    determinada velocidade, o conjugado no eixo do motor exatamente igual ao

    conjugado que a carga acionada exige. Se o conjugado motor for maior que o da

    carga ocorre acelerao at que uma velocidade superior seja atingida e o equilbrio

    de conjugados ocorra. Se o conjugado da carga se tornar maior que o do motor

    ocorre uma reduo na velocidade, com o respectivo aumento do conjugado do

    motor para que o conjugado da carga seja contrabalanado. A Fig. 10 mostra a

    regio de conjugado do motor onde possvel este tipo de operao. Observa-se

    que operao estvel ocorre para velocidades compreendidas entre a velocidade

    sncrona e a velocidade correspondente ao conjugado mximo que o motor pode

    fornecer. Para velocidades abaixo dessa a operao se torna instvel e se o ponto

    de operao ocorrer nessa regio o motor levado a velocidade zero ou situao de

    bloqueio do rotor.

    A curva de conjugado se extendendo ao segundo e quarto quadrantes

    apresentada na figura abaixo. Nos segundo e quarto quadrantes o motor opera em

    regenerao. Quando a mquina opera como gerador a poro da curva

    correspondente se situa no quarto quadrante. Nessa condio o fluxo de corrente

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    14

  • fica invertido, e portanto a queda de tenso na impedncia do estator fica invertida.

    Isto indica que a fora eletromotriz (E1) durante a gerao maior que durante a

    -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000-5

    -4

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3 Circuito equivalente - Conjugado por velocidade

    Velocidade - rpm

    Con

    juga

    do -

    puC

    n - rpm

    Fig. 11 Curva de conjugado por velocidade se extendendo s regies de frenagem e regenerao

    operao motora para mesmos escorregamentos. Portanto o fluxo de entreferro

    tambm fica maior e isto o que justifica o maior pico de conjugado quando

    operando como gerador conforme observado na figura.

    5.1 Fatores que influenciam a curva de conjugado por velocidade.

    Diversos elementos influenciam a curva de conjugado por velocidade. Entre eles os

    mais importantes so a resistncia rotrica e a tenso aplicada. A Fig. 10 mostra as

    curvas de conjugado por velocidade para resistncia rotrica igual a 1 p.u. e 3 p.u.

    respectivamente

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    15

  • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3Curvas de conjugado por velocidade

    Con

    juga

    do -

    p.u

    .

    velocidade - rpm

    Rr Rr1

    Rr1 = 3.Rr

    Fig. 12 Curvas de conjugado por velocidade para diferentes

    valores de resistncia rotrica

    O efeito de levar o pico de conjugado para valores de velocidade rotrica mais

    baixos, ou seja para escorregamentos maiores. O valor do pico de conjugado no

    se altera. Essa caracterstica foi muito explorada no passado utilizando motores de

    induo de rotor bobinado com resistncia externa sendo conectada em srie com

    os enrolamentos do rotor para propiciar conjugados de partida elevados. Elevar a

    resistncia rotrica apresenta tambm a vantagem de diminuir o valor da corrente

    de partida. Enquanto a resistncia rotrica elevada benfica para a partida,

    durante a operao normal em velocidade de regime o seu valor deve ser baixo.

    Isto porque as perdas joule no rotor so diretamente proporcionais ao

    escorregamento.

    A outra grandeza que influenca acentuadamente a curva de conjugado por

    velocidade a tenso aplicada. O conjugado proporcional ao quadrado da

    corrente rotrica. Como para escorregamentos determinados a corrente de rotor

    proporcional tenso aplicada segue que o conjugado proporcional ao quadrado

    da tenso. A figura abaixo mostra as curvas de conjugado por velocidade para

    tenses de 1 p.u, 0,7 pu e 0,5 pu.

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    16

  • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3Curvas de conjugado por velocidade

    Con

    juga

    do -

    pu

    velocidade - rpm

    Vs = 1 pu

    Vs=0.707 pu

    Vs=0.5 pu

    Fig. 13 - Curvas de T vs. n para diferentes tenses de estator.

    A reduo da tenso tambm conveniente para reduzir os elevados picos de

    corrente de partida dos motores. Entretanto, enquanto a corrente cai

    proporcionalmente reduo da tenso terminal, o conjugado cai com o quadrado.

    A figura a seguir mostra como fica a reduo de correntes e de conjugado quando a

    tenso de estator reduzida. Este o motivo pelo qual sempre se usa a partida do

    motor com tenso reduzida. Ocorre a partida com tenso (e conjugado) reduzid0,

    e na sequncia, quando motor atinge determinada velocidade as tenses nos

    enrolamentos so comutadas para o valor nominal.

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  • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    5Curvas de conjugado e corrente por velocidade

    Con

    juga

    do, c

    orre

    nte

    - p

    u

    velocidade - rpm

    Ia1

    Ia2

    Ia3

    Fig. 14 - Curvas de conjugado, corrente vs. velocidade para diferentes valores de tenso de estator.

    Ainda, a partir do circuito equivalente possvel tambm determinar outras

    grandezas de interesse da mquina tais como fator de potncia e rendimento. A

    curva de rendimento e do fator de potncia do motor em estudo apresentada na

    figura abaixo.

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    18

  • 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9Motor de induo - Rendimento e fator de potncia

    velocidade - rpm

    fator de potncia

    rendimento

    Fig. 15 Curva de rendimento e fator de potncia

    Um zoom da regio de operao estvel mostrando o rendimento e o fator de

    potncia juntamente com o conjugado apresentado na figura a seguir

    1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3Motor de induo - Rendimento e fator de potncia

    velocidade - rpm

    fator de potncia

    rendimento

    conjugado

    Fig. 16 - Fator de potncia e rendimento para regio de operao estvel do motor de induo.

    6. Acionamento do motor de induo - A partida.

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  • Quando o motor aciona uma carga mecnica, na velocidade de equilbrio o

    conjugado que o motor produz equilibrado pelo conjugado resistente da carga. A

    equao diferencial que rege o movimento do conjunto motor-carga dada por

    mm

    cge BdtdJTT +=

    onde

    Te Conjugado produzido pelo motor - Nm,

    Tcg Conjugado resistente ou de carga - Nm,

    J Momento de inrcia das massas girantes Kg.m2

    B Coeficiente de atrito viscoso Nms,

    m Velocidade do eixo em rad/s

    Para facilidade de anlise, desprezamos a parcela do atrito viscoso na equao

    acima, ento

    dt

    dJT mcge =T

    A diferena entre os conjugados motor e de carga chamada de conjugado de

    acelerao. Quando o conjugado motor maior que o de carga, ocorre variao de

    velocidade no tempo (acelerao). Se o conjugado motor menor que o conjugado

    da carga o resultado negativo indicando que a taxa de variao de velocidade no

    tempo negativa, ou seja, ocorre uma desacelerao. Quando os dois conjugados

    so iguais o lado esquerdo da equao se torna igual a zero, como do lado direito o

    momento de inrcia no pode ser zero, ento o termo em derivada igual a zero.

    Quando a derivada igual a zero significa que a grandeza envolvida no varia no

    tempo, ou seja, a velocidade permanece constante. A figura a seguir mostra as

    curvas de conugado por velocidade de um acionamento tpico. Nota-se que o

    conjugado motor sempre maior que o conjugado da carga, e portanto o sistema

    vai acelerar a partir de zero. Quanto maior a diferena entre o conjugado motor e o

    conjugado de carga mais rpido a velocidade de equilbrio atingida. Na curva a

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  • velocidade de equilbrio corresponde ao ponto de interseco entre as duas curvas

    de conjugado.

    0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18000

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    160

    180Conjugado motor e conjugado de carga

    Con

    juga

    do -

    Nm

    Velocidade - rpm

    conjugado motor

    conjugado da carga

    Fig. 17 - Conjugado motor e conjugado de carga em um acionamento.

    As curvas de conjugado de carga podem tomar diferentes formas. A curva

    apresentada na figura 17 acima, corresponde tipicamente a uma bomba ou

    ventilador onde o conjugado resistente da carga varia com o quadrado da

    velocidade. Quando a diferena entre o conjugado motor e o conjugado de carga

    fica muito grande na regio de acelerao, mtodos para reduo da corrente de

    partida podem ser utilizados.

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  • Partida Estrela-Tringulo

    Fig. 18 Partida com chave estrela tringulo motor em vazio

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  • Partida estrela-tringulo com carga

    Fig. 19 Partida com chave estrela tringulo motor com carga

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  • Partida com chave compensadora motor em vazio

    Fig. 20 Partida com chave compensadora motor em vazio

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  • Partida com chave compensador motor com carga

    Fig. 21 Partida com chave compensadora motor com carga

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  • Partida suave ou soft switching Motor sem carga

    Fig. 22 Partida suave. Motor sem carga

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  • Fig. 23 - Detalhes das formas de onda da corrente e da tenso. Partida suave.

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  • Partida suave Motor com carga no eixo

    Fig. 24 Partida suave. Motor com carga no eixo

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  • Fig. 25 - Partida suave. Detalhe da corrente de fase

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