Estudo Dos Motores Eletricos

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    09-Jul-2015

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ESTUDO DOS MOTORES ELTRICOS

PROFESSOR: ALCINDO ANTONIASSI

CURSO: ENGENHARIA

DISCIPLINAS: ELETROTCNICA INDUSTRIAL,

ANO: 2009

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MOTORES ELTRICOS Princpio de Funcionamento Uma mquina eltrica pode ser definida como um dispositivo que transforma energia eltrica em outra forma de energia ou que transforma a energia eltrica, com determinadas caractersticas, em outra forma de energia com outras caractersticas. As mquinas eltricas podem ser agrupadas em dois grandes grupos. Mquinas estticas nas quais no se encontra qualquer pea em movimento, como o caso de transformadores. O outro grupo denominado de mquinas rotativas. As mquinas deste grupo so constitudas por duas partes, a parte fixa que se chama estator e a parte mvel que tem o nome de rotor. Todas as mquinas eltricas so constitudas por um enrolamento (bobina) onde criado o campo magntico e este fenmeno surge na parte fixa da mquina que quando sujeita a um campo magntico criado pela corrente eltrica toma o nome de indutor. Ao mesmo fenmeno que surge na parte mvel que o local onde vo surgir as foras eletromotrizes (f.e.m.) induzidas, recebe o nome de induzido. Resumindo, quando uma corrente eltrica atravessa um condutor criado ao redor do mesmo um campo magntico. Se colocarmos esse condutor numa regio de campo magntico fixo, o condutor ficar submetido a uma fora eletromagntica que ter como efeito fazer com que o condutor se desloque. Assim, surge o princpio de funcionamento de uma mquina eltrica elementar. Os motores eltricos so responsveis por grande parte do consumo de energia eltrica nas indstrias. Estima-se que 96% da energia consumida pelo setor industrial est concentrada em unidades ligadas em alta tenso (AT) e 4% em BT. No setor industrial entre 50 e 60% da energia eltrica utilizada consumida por motores eltricos. Da a importncia em se utilizar motores eficientes, visando reduo de consumo com medidas tais como: redimensionamento, substituio de equipamentos mediante motores de alto rendimento, utilizao de controle de velocidade, alm de, obviamente, operao e manuteno corretas. costume a especificao de motores com potncias superiores indicada no projeto, com mais desvantagens que vantagens. - trabalho folgado - nunca ou dificilmente queimam

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- demandam maior quantidade de energia reativa (magnetizao) baixo fator de potncia. Tipos de Motores - Motores de Corrente Alternada - Motores de Corrente Contnua Os motores de corrente contnua so empregados quando se necessita de controle de velocidade. Os motores de corrente alternada so empregados pela maior versatilidade e eficincia e custos menores. So classificados em: - sncronos: velocidade pr-fixada (constante) - assncronos: velocidade varivel com a carga. So tambm chamados de induo. Em termos construtivos os motores de induo podem ser em gaiola e rotor bobinado. Suas principais caractersticas so: simplicidade, robustez, menor preo, menor manuteno. Os motores em geral apresentam alto rendimento: 75% a 95%.

Potncia (Hp) 5 10 30 50 100 Eficincia de um Motor=energia pretendida energia fornecida =

Motor Padro (Eficincia) % 83, 3 86,0 89,5 91,0 92,1

Motor de Alto Rendimento (Eficincia) 89,5 91,7 93,6 94,5 95,4

potncia til potncia fornecida

=

N til N entrada

Potncia Entrada = Potncia til + Potncia Dissipada A potncia til a potncia aproveitada, tirando-se o atrito, calor, etc.3

Potncia do Motora) Potncia Ativa do Motor (Pa) em Watts

Pa =

3

U I cos

Onde U = Tenso de Operao do Motor (V) I = Corrente do Motor ( A) cos = Fator de Potncia do Motor b) Potncia Mecnica ou Potncia til do Motor (Pu)Pu = Pa x 0,736

Onde Pu = Potncia til do motor (CV) e Pa = Potncia Ativa do Motor (kW) e = Rendimento do Motor c) Carregamento do MotorCarregamen to = potncia til x 100 potnciano min al

Carregamento > 75% - motor correto Carregamento < 75% - subdimensionado, no correto. d) Economia de Energia Proporcionada pelo Uso Correto de Motores Economia (R$) = (Potncia Atual Potncia Proposta x Horas x Tarifa) Exemplo: Verificar as condies de operao de um motor eltrico de induo (gaiola) trifsico da marca WEG, 400 CV, 4 polos, 380 V, que opera 8760 horas/ano. Atravs de um instrumento analisador de potncia e qualidade de energia, efetuou-se a medio no motor, obtendo-se um valor de corrente igual a 200 A. Analisar a necessidade de substitu-lo. Apresentar, caso4

necessrio, o valor da economia de energia em kWh e R$, para uma tarifa de energia igual a R$ 0,200 /kWh. Curvas do Fabricante:

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Soluo: Valores Atuais: I = 200 A Cos = 0,65 (curva B) Rendimento ( ) = 0,85 (curva A)6

Clculos:a) Pa =3

. U . I cos =

3

. 380 . 200 . 0,65 = 85, 56 kW

b) Potncia Mecnica ou til do MotorPu= Pa x 0,736 = 85 ,56 x 0,85 0,736 = 98 ,81 CV

c) Carregamento

P o t i nl c i a 9 ,t8 1 C a r r teo= g a m e n x 1 0= 0 x 1 0= 20 ,74 7 %5 s ud biemn s i o n a d o P o t m cai inl a N o4 0 0 nPara uma potncia mecnica de 98,81 CV adota-se aproximadamente 100 CV ( de 400 CV para 100 CV) d) Novo Carregamento

9 ,8 1 x 1 0 = 00,9 8 0,7 5o u9 ,8 1 7 % 5 100Grfico, carregamento de 98,81 % (0,98) - 2. Grfico Cos = 0,85 Rendimento n = 0,96 I = 150 A3

Nova Potncia: Pa =

x 380 x 150 x 0,85 = 83, 91 kW.

Economia (R$) = (85,56 - 83,91) x 8760 x 0,200 = R$ 2 890, 80 / ano. Os motores de corrente alternada, de acordo com a rotao, podem ser: - sncronos: acompanham a velocidade sncrona. - assncronos: giram abaixo do sincronismo. - diassncronos: giram abaixo, ora acima do sincronismo. Uma mquina eltrica capaz de converter energia mecnica em energia eltrica (gerador) ou energia eltrica em mecnica (motor). Quando7

se trata de um gerador, a rotao suprida por uma fonte de energia mecnica como, como por exemplo, uma queda dgua, para produzir o movimento relativo entre os condutores eltricos e o campo magntico e gerar, desse modo, uma tenso entre os terminais do condutor. No caso de motores, o funcionamento inverso; energia eltrica fornecida aos condutores e ao campo magntico para que surja a fora magntica nos condutores, compondo um binrio e causando a rotao ( energia mecnica). As mquinas eltricas so sempre compostas por estator (parte estacionria) e rotor (parte que gira). A designao motor de induoou assncrono provm do fato de que o rotor no alimentado diretamente pela fonte de energia; sofre a induo de uma f.e.m estabelecendo-se, ento, a passagem de uma corrente induzida no circuito do rotor, cujo fluxo reage sobre o fluxo de armadura, produzindo momento de rotao. Compreende-se melhor o fenmeno envolvido, dizendo se que como as barras do rotor se encontram num campo magntico e transportam correntes, acham-se submetidos a foras que tendem a mov-las em direo perpendicular ao campo. Estas foras so responsveis pelo movimento de rotao ou o conjugado motor propriamente dito. O motor de induo encontra grande aplicao industrial (90%) pelas suas caractersticas: velocidade, robustez, fabricao, menor custo, etc. Dividem-se em dois grupos: gaiola de esquilo (rotor em curtocircuito) e rotor bobinado. Dizemos de incio que a caracterstica principal do motor em gaiola apresentar velocidade constante: ventiladores, compressores (operao contnua com carga varivel), elevadores, bombas (operao contnua com carga estvel). Os motores de CA podem ser monofsicos ou trifsicos, sendo que os monofsicos exigem dispositivos de partida (capacitor). O motor de induo de rotor bobinado tem suas bobinas ligadas a um resistor varivel, trifsico, em estrela, cuja finalidade diminuir a corrente de partida. No incio do funcionamento o resistor deve estar em seu valor mximo (ponto zero) e medida que o motor ganha velocidade vai sendo retirado at a sua total eliminao (curto-circuito). Ele , sem dvida, um motor mais caro, porm permite um grande torque de partida, se uma resistncia varivel for intercalada no circuito do rotor.

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A velocidade varia com a variao desta resistncia e o rendimento do motor tambm ser afetado. Ainda quanto ao motor de rotor em gaiola, podemos dizer que ele apresenta um meio termo entre momento de torso grande (alta resistncia rotrica) e alto rendimento (baixa resistncia rotrica). Escorregamento O escorregamento para motores assncronos definido por:s = ns n . 100 ns

onde s o escorregamento percentual n s a rotao sncrona (velocidade do fluxo) n a rotao do rotor. Obs.: Sem carga, um motor de induo, tipo gaiola, de 5 HP, 1200 rpm, mancais de esfera, aproximadamente 0,05% (0,06 rpm). Para o mesmo motor a plena carga o escorregamento pe da ordem de 4%, 48 rpm. O rotor no pode girar com a mesma velocidade do fluxo pois as barras do rotor no cortariam fluxo; no haveria f.e.m. induzida e conseqentemente a corrente no rotor seria nula e portanto, o conjugado. O escorregamento, conforme definio, caracteriza a diferena de velocidade que existe entre o fluxo e o rotor e aumenta com o aumento de carga. Quando se aplica carga ao motor, torna-se necessrio que haja uma maior corrente no rotor para produzir o necessrio conjugado (momento de toro) destinado a suportar o acrscimo de carga. O campo girante, por conseguinte, precisa cortar as barras do rotor a uma velocidade mais elevada para proporcionar o reforo imprescindvel da corrente. O escorregamento de fase do rotor, em conseqncia, deve crescer e necessariamente h uma diminuio da velocidade do motor. Quando se aumenta a resistncia do rotor, a partir de zero, o ngulo de atraso 2 da corrente do rotor diminui, aumentando o nmero de barras do mesmo que contribuem para o conjugado motor e tambm desvia para um campo mais intenso, enquanto que diminui o nmero de barras que se opem ao conjugado motor e as desvia para um campo mais fraco. Deste

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modo, o conjugado resultante aumenta rapidamente quando a resistncia do roto