Estudo Dos Motores Eletricos

  • Published on
    09-Jul-2015

  • View
    147

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

<p>ESTUDO DOS MOTORES ELTRICOS</p> <p>PROFESSOR: ALCINDO ANTONIASSI</p> <p>CURSO: ENGENHARIA</p> <p>DISCIPLINAS: ELETROTCNICA INDUSTRIAL,</p> <p>ANO: 2009</p> <p>1</p> <p>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</p> <p>2</p> <p>- 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%.</p> <p>Potncia (Hp) 5 10 30 50 100 Eficincia de um Motor=energia pretendida energia fornecida =</p> <p>Motor Padro (Eficincia) % 83, 3 86,0 89,5 91,0 92,1</p> <p>Motor de Alto Rendimento (Eficincia) 89,5 91,7 93,6 94,5 95,4</p> <p>potncia til potncia fornecida</p> <p>=</p> <p>N til N entrada</p> <p>Potncia Entrada = Potncia til + Potncia Dissipada A potncia til a potncia aproveitada, tirando-se o atrito, calor, etc.3</p> <p>Potncia do Motora) Potncia Ativa do Motor (Pa) em Watts</p> <p>Pa =</p> <p>3</p> <p>U I cos </p> <p>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</p> <p>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</p> <p>Carregamento &gt; 75% - motor correto Carregamento &lt; 75% - subdimensionado, no correto. d) Economia de Energia Proporcionada pelo Uso Correto de Motores Economia (R$) = (Potncia Atual Potncia Proposta x Horas x Tarifa) Exemplo: Verificar as condies de operao de um motor eltrico de induo (gaiola) trifsico da marca WEG, 400 CV, 4 polos, 380 V, que opera 8760 horas/ano. Atravs de um instrumento analisador de potncia e qualidade de energia, efetuou-se a medio no motor, obtendo-se um valor de corrente igual a 200 A. Analisar a necessidade de substitu-lo. Apresentar, caso4</p> <p>necessrio, o valor da economia de energia em kWh e R$, para uma tarifa de energia igual a R$ 0,200 /kWh. Curvas do Fabricante:</p> <p>5</p> <p>Soluo: Valores Atuais: I = 200 A Cos = 0,65 (curva B) Rendimento ( ) = 0,85 (curva A)6</p> <p>Clculos:a) Pa =3</p> <p>. U . I cos =</p> <p>3</p> <p>. 380 . 200 . 0,65 = 85, 56 kW</p> <p>b) Potncia Mecnica ou til do MotorPu= Pa x 0,736 = 85 ,56 x 0,85 0,736 = 98 ,81 CV</p> <p>c) Carregamento</p> <p>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</p> <p>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</p> <p>Nova Potncia: Pa =</p> <p>x 380 x 150 x 0,85 = 83, 91 kW.</p> <p>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</p> <p>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.</p> <p>8</p> <p>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</p> <p>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</p> <p>9</p> <p>modo, o conjugado resultante aumenta rapidamente quando a resistncia do rotor parte de zero. Os motores de induo do tipo gaiola so classificados por norma em categorias: Categoria A: Baixa Resistncia Rotrica Apresenta conjugado de partida normal, corrente de partida alta, baixo escorregamento. Categoria B: Alta Reatncia, conjugado de partida normal, baixo escorregamento (substitui o anterior pelo menor tamanho, peso.) Ex.: Bombas, ventiladores, serras tornos, transportadores sem carga, compressores centrfugos, mquinas em geral, etc, onde o conjugado de partida no precisa ser alto. Categoria C (dupla gaiola): conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento (conjugado de partida 1,5 conjugado de plena carga). Ex.: Bombas e compressores (recprocos), transportadores com cargas, misturadores, etc. Categoria D (alta resistncia rotrica): conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento. Usado onde o servio exige: prensas, mquinas com excntricos, corte de metais e onde o conjugado alto e o escorregamento tambm. Torque ou Conjugado Sempre precisamos saber se o motor parte em vazio ou em plena carga, para a escolha adequada do conjugado. Tm-se, a seguir, as caractersticas do conjugado dos motores de induo de rotor em gaiola.</p> <p>10</p> <p>A figura mostra as caractersticas da corrente em funo da velocidade, para os diferentes tipos de rotores de motor de induo de rotor em gaiola.</p> <p>Curva A Baixa Resistncia Curva B Alta Reatncia Curva C Dupla Gaiola Curva D Alta Resistncia Normalmente so fabricados motores de categoria B (ou A). Para as categorias C e D eles devem ser encomendados. s mquinas ferramentas geralmente se aplicam motores da categoria B (mais baratos) pois satisfazem as condies de funcionamento j que o conjugado de partida no muito elevado e em funcionamento os motores desta categoria so os que respondem bem s variaes da rotao com o conjugado resistente, dando estabilidade ao funcionamento (inclinao da curva prxima ao ponto de funcionamento)</p> <p>11</p> <p>Os motores da categoria D tm aplicao nas mquinas que possuem volantes, necessitando, portanto, alto conjugado de partida e por permitirem alto escorregamento, possibilitam a diminuio do volante. Para grandes potncias freqente o uso de motores sncronos que giram rigorosamente dentro do sincronismo (N = 120 f /p). O inconveniente exigir fonte de corrente contnua para o campo. Os motores diassncronos so tambm chamados universais pois funcionam tanto em CA quanto em CC. Ex.: motores dos aparelhos eletrodomsticos. Consideraes Gerais sobre Torque A corrente no rotor resulta da induo e sua freqncia necessariamente a freqncia do escorregamento. O torque de um motor de induo depende do escorregamento. Para escorregamento nulo (velocidade sncrona) no h torque. Com o crescimento do escorregamento com a carga, o torque cresce at um mximo e comea a decrescer, com o crescimento do escorregamento. Ento, o torque mximo alcanado para um certo valor de escorregamento que depende da resistncia do rotor; baixa resistncia d mximo torque com pequeno escorregamento e alta resistncia d mximo torque com alta resistncia. A corrente do rotor limitada pela impedncia do enrolamento do rotor que no constante. Uma componente da impedncia a reatncia e esta proporcional freqncia. A freqncia da corrente do rotor proporcional ao escorregamento. Portanto, a impedncia maior quando o escorregamento maior. Crescendo o escorregamento, cresce a f.e.m. gerada, mas a impedncia tambm cresce. Para pequenos valores de escorregamento a reatncia baixa (freqncia baixa). A corrente no rotor ento, apenas limitada quase inteiramente pela resistncia. Nenhum motor de induo atinge o valor da velocidade sncrona, pois nessa velocidade o torque nulo e haveria necessidade de vencer atrito, ventilao, etc. O torque guarda uma perfeita proporcionalidade com o escorregamento para baixo escorregamento (velocidade prxima ao sincronismo). Mas, medida que o escorregamento cresce, (acrscimo de resistncia), a reatncia se torna maior comparada resistncia e o torque no cresce proporcionalmente ao escorregamento.</p> <p>12</p> <p>H duas razes para tanto: Primeiro, havendo aumento da impedncia do rotor, h um limite na quantidade de corrente; segundo, quando a corrente, limitada pela reatncia, no mais estaria em fase com a f.e.m. gerada, mas atrasada. O mximo de f.e.m. e corrente no se d na mesma barra do rotor; o mximo da f.e.m. ocorre antes do mximo de corrente e o torque no rotor menor, dada a desfavorabilidade da relao de fase. Resumo: Grande escorregamento velocidade + mais baixa do rotor + resistncia rotrica. Comparao entre os Diversos Tipos de Motores de Gaiola Rotor de Baixa Resistncia (A). um motor de uso geral, possui rendimento, fator de potncia e conjugado motor mais elevado e o menor deslizamento de todos os rotores de gaiola e apresenta razovel conjugado, perfeitamente adaptvel a muitas situaes. Rotor de Alta Reatncia (B). Ao invs de se utilizar um motor grande com rotor de baixa resistncia e transformador de partida, prefere-se um rotor de alta reatncia, economizando peso, custo e espao dos transformadores. Seu conjugado de partida supera o do de baixa resistncia quando com trafo de partida e isso pode ser uma condio importante. Rotor de Dup...</p>