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Conversão de Energia II

Aula 3.4

Motor de Indução Trifásico

Prof. João Américo Vilela

Departamento de Engenharia Elétrica

Torque x velocidade

Conversão de Energia II

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.

Conversão de Energia II

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.

Conversão de Energia II

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.

Conversão de Energia II

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.

Conversão de Energia II

Conversão de Energia II

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.

Conversão de Energia II

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

Conversão de Energia II

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

Conversão de Energia II

Curva de conjugado para diferentes valores de resistência de rotor.

Motores de Indução Bobinado

Conversão de Energia II

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

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

Conversão de Energia II

Dados de placa dos motores de indução

Regime de serviço

Conversão de Energia II

REGIMES DE SERVIÇO:

è Regime S1: Regime contínuo

tn

Carga

Perdas

Elétricas

Temperatura

Tempo

máx

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

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

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

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

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

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

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

Classe de isolamento

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

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:

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

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

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

Grau de Proteção

Dados de placa dos motores de indução

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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

Dados de placa dos motores de indução

Conversão de Energia II

Conjugados normais,

Corrente de partida

normal,baixo

escorregamento Fator de serviço

Regime de serviço

Potência mecânica

Graus de proteção

Rendimento

e

Fator de potência

Dados de placa dos motores de indução

Exercício

Conversão de Energia II

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])