maquinas eletricas1

Escola Tcnica Eletro-Mecnica da BahiaDEPARTAMENTO DE ELETROTCNICA CURSO TCNICO EM: Eletrotcnica

MQUINAS E INSTALAES ELTRICAS I EMI 102

O objetivo dessa apostila apresentar os dispositivos utilizados na converso de energia eltrica e mecnica, dando nfase s mquinas eltricas rotativas e aos transformadores, muito comuns e muito importantes nos dias atuais.

Elaborao e Montagem: Eng, Eletricista Ddison Santos Moura Coordenao e Reviso: Prof. Fernando Jos de Azevedo

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SUMRIOCAPTULO I CONVERSO ELETROMECNICA DE ENERGIA ................................................................... 1 1.1 PRODUO DA ELETRICIDADE POR MEIO DO ELETROMAGNETISMO ....................................... 1 1.1.1 Magnetismo ..................................................................................................... 1 1.1.2 Campo Magntico ............................................................................................ 1 1.1.3 Interao entre dois ms................................................................................. 2 1.1.4 Campos Eletromagnticos ............................................................................... 2 1.1.5 Regra da Mo Direita ....................................................................................... 2 1.1.6 Eletrom e Direcionamento de Fluxo Magntico ............................................ 3 1.1.7 Fora Eletromagntica e Regra da Mo Esquerda ........................................... 3 CAPTULO II TRANSFORMADORES....................................................................................................... 5 2.1 NECESSIDADE DE TRANSFORMAO DAS CORRENTES ALTERNADAS ....................................... 5 2.2 PRINCPIO DE CONSTRUO DO TRANSFORMADOR ............................................................ 6 2.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DO TRANSFORMADOR....................................................... 7 2.4 RELAO DE TRANSFORMAO ...................................................................................... 8 2.5 TIPOS DE ENROLAMENTOS .......................................................................................... 10 2.5.1 Enrolamentos Cilndricos ou concntricos ...................................................... 10 2.5.2 Enrolamentos bobinas em disco ou intercaladas ........................................... 11 2.5.3 Material do Ncleo ........................................................................................ 11 2.5.4 Lminas Padronizadas e no padronizadas ................................................... 12 2.6 TIPOS DE NCLEOS .................................................................................................... 13 2.6.1 Ncleo Envolvido ............................................................................................ 13 2.6.2 Ncleo Envolvente ou Encouraado ............................................................... 13 2.7 TIPOS DE RESFRIAMENTO ............................................................................................ 14 2.7.1 Transformador a Seco .................................................................................... 14 2.7.2 Transformador Imerso em Liquido Isolante ................................................... 15 2.8 RADIADORES ............................................................................................................ 16 2.9 CONSERVADOR DE LQUIDO ISOLANTE OU TANQUE DE EXPANSO ........................................ 17 2.9.1 Reservatrio de slica gel ou secador de ar .................................................... 17 2.10 Tipos de leo isolante ..................................................................................... 17 2.10.1 leo mineral de base naftnica ..................................................................... 17 2.10.2 leo mineral de base parafnica .................................................................... 17 2.10.3 leo de silicone .............................................................................................. 17 2.10.4 Outros tipos de leo para transformadores ................................................... 18 2.11 PERDAS NO TRANSFORMADOR. .................................................................................... 18 2.11.1 Perdas no cobre.............................................................................................. 18 2.11.2 Perdas no ferro ............................................................................................... 18 2.12 RENDIMENTO ........................................................................................................... 19 2.13 IDENTIFICAO DOS TERMINAIS DOS TRANSFORMADORES. ................................................. 20 2.14 QUANTO AO NMERO DE FASES. .................................................................................. 20 2.15 AGRUPAMENTOS DE TRANSFORMADORES EM PARALELO. .................................................. 21 2.15.1 Anlise de cada condio separadamente ..................................................... 22 2.16 AUTOTRANSFORMADOR ............................................................................................. 23 2.16.1 Tipos de Autotransformadores ...................................................................... 24 2.16.2 Diferenas entre um transformador convencional e um autotransformador.25

IICAPTULO III MOTOR ELTRICO DE CORRENTE ALTERNADA .............................................................. 29 3.1 TIPOS DE MOTORES ................................................................................................... 29 3.2 Campo magntico girante.............................................................................. 29 3.2.1 Velocidade do campo magntico girante (Velocidade Sncrona) ................... 32 3.3 MOTOR DE INDUO TRIFSICO ................................................................................... 33 3.4 PARTES CONSTRUTIVAS DO MOTOR DE INDUO.............................................................. 33 3.4.1 Outras partes do motor de induo trifsico: ................................................ 34 3.5 ESCORREGAMENTO OU DESLIZAMENTO .......................................................................... 34 3.5.1 Conjugado ou torque ..................................................................................... 35 3.5.2 Relao entre conjugado e potncia. ............................................................. 37 3.5.3 Relao entre torque e tenso de alimentao do motor. ............................ 37 3.5.4 Curva caracterstica Conjugado x Velocidade. ............................................... 38 3.5.5 Categorias dos motores de induo ............................................................... 39 3.5.6 Motor de Induo com Rotor Bobinado ou de Anis. .................................... 41 3.6 MOTOR DE INDUO BIFSICO .................................................................................... 43 3.7 Motor de Induo Monofsico ....................................................................... 44 3.7.1 Motor de induo monofsico de fase dividida ............................................. 44 3.7.2 Motor de induo monofsico com Capacitor de Partida.............................. 45 3.7.3 Motor de induo monofsico com Capacitor Permanente .......................... 45 3.7.4 Motor de induo monofsico com dois capacitores ..................................... 46 3.7.5 Motor de induo monofsico de Plo Fendido ............................................. 46 3.8 MOTOR SNCRONO .................................................................................................... 47 3.8.1 Motor sncrono com um motor auxiliar ......................................................... 48 3.8.2 Motor sncrono com enrolamento compensador ........................................... 48 3.9 Excitao do enrolamento de campo ............................................................. 49 3.9.1 Excitao Dinmica ........................................................................................ 49 3.9.1.1 Excitatriz com gerador de corrente continua. ................................................ 49 3.9.1.2 Excitatriz com gerador de corrente alternada ou sem escovas Brushless. . 50 3.9.1.3 Excitatriz Esttica ........................................................................................... 51 3.10 Motor sncrono utilizado como capacitor ...................................................... 52 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA ........................................................................................................... 55 SITES RECOMENDADOS ....................................................................................................................... 55

EEEMBA- Escola Tcnica Eletro-Mecnica da Bahia

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CAPTULO I CONVERSO ELETROMECNICA DE ENERGIA1.1 Produo da Eletricidade por Meio do Eletromagnetismo Todo motor eltrico converte energia eltrica em energia mecnica. O processo de converso de energia dos motores de induo baseia-se na lei de induo de Faraday e na lei de Lenz. Um motor de induo um motor eltrico que funciona somente em corrente alternada o mesmo acontece nos transformadores, isso ser explicado com mais detalhes a seguir. 1.1.1 Magnetismo Denominamos de magnetismo, a fora atrativa criada pelos ms naturais, pelos artificiais e eletroms. Os trs formatos mais comuns de ims so a ferradura, a barra e a agulha de bssola. Os ms possuem duas caractersticas principais, a de se atrarem se os plos so diferentes e de se repelirem se os plos so iguais. Todo im tem dois plos o norte (N) e o sul (S) e estes so indivisveis.

Figura 1.1. Plos de um campo magntico.

1.1.2 Campo Magntico O campo magntico invisvel e circunda o material magntico, para torn-lo visvel representamos por meio de linhas fechadas que sai do plo norte e entra no plo sul como pode ser visto na figura a seguir.

Figura 1.2. Linha de Fluxo Magntico.


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1.1.3 Interao entre dois ms Quando dois ms so aproximados, o fluxo magntico em torno destes ir causar uma interao entre os mesmos. Se os ms forem aproximados com os plos contrrios, os mesmos se atraem e com plos iguais se repelem.

Figura 1.3. Interao entre dois ims.

1.1.4 Campos Eletromagnticos Sempre que uma corrente eltrica percorre um condutor, um campo magntico gerado ao seu redor. O eletromagnetismo parte importante da eletricidade, pois explica o funcionamento dos dispositivos eletromagnticos, transformadores, motores, geradores, reles e contatores.

Figura 1.4. Corrente Provocando Campo Magntico.

1.1.5 Regra da Mo Direita

Figura 1.5. Regra da mo direita.


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O polegar est indicando o sentido da corrente eltrica que atravessa o condutor, enquanto os demais dedos indicam direo do campo magntico. 1.1.6 Eletrom e Direcionamento de Fluxo Magntico Uma bobina constituda de condutor percorrida por uma corrente eltrica age como um m. Os campos individuais se somam formando o campo principal. A fora do campo pode ser aumentada adicionando mais voltas bobina ou aumentando a corrente que circula pela mesma. O sentido das linhas de campo determinado pela regra da mo direita.

Figura 1.6. Eletrom.

1.1.7 Fora Eletromagntica e Regra da Mo Esquerda Um condutor percorrido por corrente eltrica e colocado em um campo magntico, este condutor fica submetido ao de uma fora chamada eletromagntica, que tende a deslocar o condutor em certo sentido.

Figura 1.7. Fora eletromagntica.

O sentido da fora determinado pela regra da mo esquerda. Posicionando os dedos polegar, indicador e mdio em 90 entre si. Apontando o dedo indicador no mesmo sentido das linhas de fora (N-S), o dedo mdio no mesmo sentido da corrente, e conseqentemente o dedo polegar aponta o sentido de deslocamento da fora eletromagntica. A figura 1.8 mostra de forma ilustrativa a regra da mo esquerda.


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Figura 1.8. Regra da mo esquerda.


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CAPTULO II TRANSFORMADORES

Figura 2.1. Transformador de potncia.

Um transformador um dispositivo (mquina esttica) destinado a transmitir energia eltrica ou potncia eltrica de um circuito a outro, transformando tenses, correntes e modificando os valores das Impedncia eltrica de um circuito eltrico, eles no so acoplados eletricamente, mas so fortemente acoplados magneticamente. Trata-se de um dispositivo de corrente alternada que opera baseados nos princpios eletromagnticos, Lei de Faraday e da Lei de Lenz. O transformador consiste de duas ou mais bobinas ou enrolamentos. Todos os transformadores tm o mesmo princpio de funcionamento, independente do seu tipo. No caso dos transformadores de dois enrolamentos, comum se denomin-los como enrolamento primrio e secundrio, existem transformadores de trs enrolamentos sendo que o terceiro chamado de tercirio. Existe tambm um tipo de transformador denominado Autotransformador, no qual o enrolamento secundrio possui uma conexo eltrica com o enrolamento do primrio. 2.1 Necessidade de Transformao das Correntes Alternadas O transformador um dispositivo de grande importncia nos sistemas eltricos. Com ele possvel ajustar tenses para os mais diferentes nveis necessrios no sistema eltrico, possibilitando a gerao, transmisso e distribuio em nveis de tenses diferentes, a figura 2.2 mostra um esquema simplificado do sistema eltrico, onde possvel identificar a importncia do transformador.


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Figura 2.2. Gerao, transmisso, distribuio e consumo de energia eltrica .

Na figura 2.2 a energia contida na fora das guas move a turbina fazendo girar o rotor do gerador. A tenso gerada em nveis baixos (1-15kV). Para evitar perdas na transmisso (P=RI2) necessrio aumentar a tenso para reduzir a corrente, e conseqentemente reduzir a perda por efeito Joule. Esta elevao de tenso feita por um transformador chamado de elevador, que aumenta a tenso de (1-15kV) para cerca de (100-700kV) . Por efeito de segurana os consumidores no podem utilizar a energia em nveis altos de tenso, por isso h necessidade de abaixar a tenso das linhas de transmisso para uma tenso compatvel os consumidores, para isso se utiliza um transformador denominado abaixador, que reduz a tenso das linhas de transmisso de (100-700kV) para (127-220V). 2.2 Princpio de Construo do Transformador O funcionamento de um transformador baseia-se nos fenmenos de indutncia mutua entre dois circuitos eletricamente isolados e magneticamente acoplados. Para que a ligao magntica entre os dois circuitos seja a melhor possvel, necessrio que os enrolamentos estejam envolvidos sobre um ncleo magntico de pequena relutncia (resistncia passagem de fluxo magntico). Para evitar perdas no ferro, fatia-se o ncleo em finas lminas de espessura entre 0.1 a 0.5mm, diminuindo a sua rea da seco transversal e conseqentemente aumentando a resistncia eltrica. As lminas que compe o ncleo so isoladas uma das outras. A figura 2.3 mostra um transformador com ncleo envolvido, nesta figura tambm possvel se verificar a laminao do ncleo.


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Figura 2.3. Transformador Bsico.

2.3 Principio de Funcionamento do Transformador Alimentando o enrolamento primrio de um transformador com uma fonte de tenso alternada V1, uma corrente i percorrer esse enrolamento, criando um fluxo alternado que direcionado pelo ncleo, passando completamente pelo secundrio e induzindo a tenso V2, conforme figura 2.4. O enrolamento primrio aquele que esta ligada a fonte, e o secundrio o que est ligado carga, no dependendo se os enrolamentos so de alta ou de baixa tenso.

Figura 2.4. Transformador com enrolamento secundrio aberto

A tenso induzida no primrio ou secundrio ser dada pela equao: 2.1 Onde:


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possvel observar na equao 2.1 que a tenso induzida no transformador no depende unicamente do nmero de espiras e do fluxo, esta tenso tambm diretamente proporcional a freqncia da fonte de alimentao, isso nos informa que em maiores freqncias temos uma maior tenso induzida no secundrio. Onde:f freqncia da rede Hz (Hertz) N nmero de espiras do enrolamento B induo magntica T (Tesla) S rea do ncleo m2 (metro quadrado)

2.4 Relao de Transformao Nos transformadores, assim como em qualquer outro tipo de dispositivo, valido o princpio da conservao de energia, ou seja, a energia no poder ser criada nem destruda e sim transformada de uma forma para outra. Assim, a potncia do lado primrio dever ser igual potncia no lado secundrio do transformador.

P1

P2

Figura 2.5. Transformador Monofsico

A potncia P1 igual potncia P2 . Lembrando do curso de eletricidade que a potncia dada pelo produto da tenso e corrente na bobina, assim temos. 2.2 2.3 2.4 Isolando tenses e corrente de um mesmo lado temos: 2.5

A partir da equao 2.5 podemos verificar que quanto maior a tenso, menor deve ser a corrente para que se possa transmitir uma mesma potncia. Para evitar as perdas por efeito Joule, a transmisso de energia feita em altas tenses o que possibilita reduo da bitola dos condutores, desta forma as linhas de alta tenso tem cabos mais finos que as linhas de baixa tenso.


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No captulo anterior foi mencionado que a fluxo magntico dependente do nmero de espiras da bobina, por exemplo: Quanto maior o nmero de espiras de um eletrom, maior ser a sua fora de atrao do mesmo. Esta fora de atrao chamada de fora magnetomotriz ou simplesmente de fmm, ela tem a seguinte unidade A.e (Amper espira) e expressa pela seguinte equao. 2.6 Como j mencionado, a energia mantida nos dois lados do transformador, ento do lado primrio tem-se uma fmm1 e do lado secundrio uma fmm2 que so iguais. 2.7 2.8 Isolando correntes de um mesmo lado e nmero de espiras do outro, temos o seguinte: 2.9

Observando as equaes 2.5 e 2.9 vemos que existe algo em comum entre elas, o lado direito dessas duas equaes so iguais, assim podemos unir as duas equaes em uma s, da seguinte forma: 2.10

Onde chamado de Relao de Transformao de um Transformador. Exemplo 1: Um transformador monofsico alimenta uma carga nominal que solicita do secundrio uma corrente de 30A, sabendo que a tenso no primrio de 1000V e que a ralao de transformao do transformador 10, determine: a) A potncia nominal do transformador. b) A fora magnetomotriz do transformador. c) O nmero de espiras do secundrio, sabendo que o nmero de espiras do primrio 100. Resposta: a) Sabemos que a potncia nos dois lados do transformador a mesma, ento necessitamos apenas da tenso no secundrio, que pode ser obtida da relao de transformao.


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b) Primeiro encontraremos o nmero de espiras do secundrio em seguida a fmm.

c) O nmero de espiras j foi encontrado no item anterior

2.5 Tipos de Enrolamentos Independente do tipo de construo do transformador, os dois enrolamentos o de alta tenso (A.T) e o de baixa tenso (B.T) so em geral colocados na mesmo coluna. Com a inteno de reduzir a disperso de fluxo magntico. Nos transformadores industriais h varias maneira de dispor os enrolamentos. Existem dois tipos de enrolamentos, o cilndrico e em disco. 2.5.1 Enrolamentos Cilndricos ou concntricos Nesta construo os dois enrolamentos so dispostos um dentro do outro. Quando o transformador de alta e baixa tenso, so separados por um material isolante.

Figura 2.6. Transformador com enrolameto cilindrico.

A figura 2.6 nos mostra o corte de um transformador de enrolamentos cilndrico, nesta mesma figura possvel observar tambm que o enrolamento de baixa tenso est prximo do ncleo, isso no por acaso, essa medida tomada por motivos de segurana. O enrolamento de alta dividido em varias bobinas sobrepostas e devidamente distanciadas em razo do maior nmero de espiras nos transformadores abaixadores. s vezes o enrolamento de B.T subdividido em 2 bobinas, a primeira prxima ao ncleo e o outro externamente ao enrolamento de A.T, como pode ser visto na figura 2.7. Este arranjo das bobinas diminui consideravelmente a disperso de fluxo.


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Figura 2.7. Transformador com bobina de B.T subdividida.

2.5.2 Enrolamentos bobinas em disco ou intercaladas Nesta construo as bobinas so subdivididas em pequenas bobinas de comprimento axial pequeno em relao ao dimetro (disco) ou panqueca. As bobinas de A.T e B.T se sobrepem alternadamente como se pode ver na figura 2.8.

Figura 2.8. Transformador com bobinas em disco.

As bobinas extremas so de baixa tenso, estas possuem metade da espessura da bobina normal de B.T, esse tipo de disposio facilita a isolao entre o ncleo e a carcaa e diminui a disperso de fluxo. Os enrolamentos de A.T e B.T tm construes diferentes. No enrolamento de A.T o problema principal a isolao e o B.T as dificuldades se concentram no manuseio mecnico, pois elas possuem grande seco do condutor. O enrolamento de A.T tem uma grande quantidade de espiras com seco do condutor pequena, enquanto o enrolamento de B.T possui pequena quantidade de espiras com grande seco transversal do condutor. A isolao das bobinas feita normalmente com esmalte ou algodo. 2.5.3 Material do Ncleo a) b) Ao silcio Ao silcio de gros orientados


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Com a inteno de reduzir as perdas por correntes parasitas deve-se aumentar a resistncia eltrica do ncleo, o silcio, que um material no condutor, misturado ao ao dando origem, ao ao silcio utilizado na construo do ncleo. O ao silcio submetido a tratamento trmico e tendo os gros do ao no mesmo sentido da laminao reduz consideravelmente as perdas, dando origem ao ao silcio de gros orientados utilizado nos transformadores de potencia por oferecerem melhor rendimento. 2.5.4 Lminas Padronizadas e no padronizadas As lminas para transformadores de baixa potncia so padronizadas nos formatos e nas dimenses: Formatos, a) Em E b) Em I c) Em U

Figura 2.9. Lminas padronizadas do ncleo.

As dimenses das laminas padronizadas obedecem a uma proporcionalidade conforme a seguir: Na figura abaixo repare que todas as dimenses da lamina tem como referencia a perna central do ncleo a, o que facilita e reduz o custo de fabricao dos transformadores, principalmente, para pequena potencia que so produzidos em larga escala para diversas finalidades.a/2 a/2 a

1,5a

a/2 3a Figura 2.10. Dimenses das lminas padronizadas do ncleo.


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2.6 Tipos de Ncleos Como j mencionado anteriormente o ncleo uma parte do transformador que tem a funo de fortalecer o acoplamento magntico criado no primrio. O ncleo tem tambm a funo de servir de caminho para o fluxo magntico atravessar o enrolamento secundrio, induzindo tenso no mesmo de forma eficiente. Para reduzir as perdas o ncleo no pode ser macio, por isso constitudo por um pacote de finas lminas (variam entre 0,1 a 0.5mm), de espessura, isoladas entre si atravs de verniz ou do prprio xido de ferro das laminas.. H dois formatos de ncleos dos transformadores, todos compostos de material ferro magntico, so eles: a) Ncleo Envolvido b) Ncleo Envolvente 2.6.1 Ncleo Envolvido um formato muito utilizado, mais barato, fcil de fabricar, no entanto, menos eficiente do que o ncleo envolvente. Nesse tipo de ncleo as bobinas do primrio e secundrio abraam o ncleo. A figura abaixo nos mostra o transformador com ncleo envolvido.Monofsico Trifsico

Figura 2.11. Transformador com ncleo envolvido.

2.6.2 Ncleo Envolvente ou Encouraado No ncleo envolvente aumenta a quantidade de material ferro magntico, e conseqentemente aumenta o rendimento, isso se d porque o fluxo encontra dois caminhos paralelos internamente ao ferro. Obtm-se dessa forma, o mximo de acoplamento magntico, entretanto, necessita de tecnologia mais avanada na construo. Nesse tipo de transformador o ncleo envolve as bobinas. A figura a seguir nos mostra o transformador com ncleo envolvente.


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Monofsico

Trifsico Figura 2.12. Transformador com ncleo envolvente.

2.7 Tipos de Resfriamento Em todos os transformadores necessrio se utilizar algum tipo de resfriamento, isso de grande importncia por que mesmo o transformador sendo um equipamento de grande eficincia, h perdas no ncleo e no cobre. Essa potncia dissipada por efeito Joule (na forma de calor). Se a temperatura interna do transformador chegar a nveis crticos, deteriora a isolao dos condutores causando um curto-circuito interno, diminui a eficincia do equipamento, causa reduo da vida til e envelhecimento do leo isolante. Os tipos de resfriamento so: a seco e por leo isolante. 2.7.1 Transformador a Seco Em um transformador a seco, a forma de resfriamento o prprio ar natural, que circula o transformador ou forado por meio de ventiladores. H pouco tempo atrs, os transformadores a seco existiam apenas para baixas potncias em baixa tenso. Com a evoluo dos materiais isolantes, do material do ncleo e da qualidade dos condutores, surgiram os transformadores de potncia encapsulados em resina epxi sob alto vcuo. Estes novos transformadores podem trabalhar com tenso e potncia elevadas (at 60KV). A figura 2.12 de um transformador a seco com os enrolamentos encapsulados por resina epxi.


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Figura 2.13. Transformadores de potncia encapsulados em resina epxi sob alto vcuo.

2.7.2 Transformador Imerso em Liquido Isolante O transformador imerso em lquido isolante necessita de um tanque de ao onde a parte ativa do transformador (ncleo e bobinas) fica completamente imerso no lquido isolante. Esse lquido isolante possui duas finalidades importantes, a primeira isolar os elementos sob tenso do tanque e possibilitar que os arcos eltricos internos ao transformador devido s diferenas de tenso entre o primrio e o secundrio e tanque (carcaa), sejam rapidamente interrompidos. A outra finalidade importante de resfriar o transformador dissipando o calor produzido na parte ativa por conduo e por conveco. O leo, em contato com as partes aquecidas do transformador fica menos denso, mais leve, o que causa um movimento ascendente, o leo mais afastado da parte ativa fica mais denso, mais pesado, o que causa um movimento descendente, resultando uma lenta movimentao do leo no tanque do transformador, no processo chamado de conveco. Com esse processo transfere-se calor da parte interna para o exterior atravs do tanque por conduo. O lquido isolante submetido variao de temperatura o que faz aumentar o volume quando a temperatura cresce e reduzir quando a temperatura diminui. Por esta razo no tanque deve existir um espao chamado de colcho de ar para possibilitar respirao do transformador, pela variao de volume do lquido isolante e do vapor do lquido isolante decorrente da elevao da temperatura sem comprometer a presso interna do tanque. Em transformadores de menor potencia o tanque pode ser de chapa de ao plana, pois a rea da superfcie do tanque em contato com o ambiente suficiente para cumprir satisfatoriamente o resfriamento do transformador. Aumentando a potencia do transformador e o conseqente aquecimento produzido pelo funcionamento normal, necessita maior rea de superfcie do tanque em contato com o ambiente. Para atender a essa ltima necessidade dispe-se o transformador de radiadores tubulares ou de chapa.


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Figura 2.14. Transformadores de potncia imerso em leo.

2.8 Radiadores Os radiadores tubulares ligam a lateral inferior, a lateral superior do tanque do transformador. No interior dos radiadores tubulares passa o leo dissipando o calor para o ambiente externo. Cumpre assim a necessidade de aumento da superfcie do tanque em contato com o ambiente. Os radiadores de chapa ou achatados tm a mesma finalidade do radiador tabular, porm com a vantagem de utilizar maior quantidade de radiador ocupando menor espao que o radiador tubular ocuparia. Nesse radiador o leo passa por um tubo achatado com maior rea e menor espessura por seu interior dissipando o calor para o ambiente externo. Conforme figura a seguir: Os transformadores tambm podem ter uma ventilao forada por meio de ventiladores, esse um artifcio muito utilizado para aumentar a capacidade dos transformadores em 25 a 30%, devido ao melhor resfriamento de suas partes internas. Um transformador de 20MVA pode trabalhar sem problemas com 26MVA quando est submetido ventilao forada.

(a)

(b)

Figura 2.15. Transformador com radiador (a) tubular (b) de chapas.


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2.9 Conservador de lquido isolante ou tanque de expanso Nos transformadores com tanque de expanso o lquido isolante deve preencher completamente o tanque do transformador, assim o colcho de ar transferido para o tanque do conservador. Por este motivo o tanque de expanso ou conservador fica acima do tanque do transformador, em unidades superiores a 750kVA. 2.9.1 Reservatrio de slica gel ou secador de ar Este reservatrio ligado ao tanque de expanso para possibilitar a respirao do transformador decorrente da variao de temperatura do lquido isolante. Para evitar a contaminao do lquido isolante, a umidade contida no ar, a slica gel tem papel higroscpico, ou seja, retm a umidade do ar que entra no transformador durante a inspirao, devido presso negativa interna. 2.10 Tipos de leo isolante

O lquido isolante utilizado nos transformadores o leo mineral, a funo desse leo a de isolao e resfriamento. O leo mineral um isolante melhor que o ar. Os transformadores de distribuio, com tenso acima de 1,2kV, so construdos de maneira a trabalharem imersos em leos isolantes. Os leos isolantes possuem dupla finalidade: garantir isolao entre os componentes do transformador e dissipar para o exterior o calor gerado nos enrolamentos e no ncleo. Para que o leo possa cumprir satisfatoriamente as duas condies acima, deve estar perfeitamente livre de umidade e outras impurezas para garantir seu alto poder dieltrico. considerado bom, o leo com rigidez dieltrica superior a 30kV/mm. 2.10.1 leo mineral de base naftnica O de base naftnica (tipo A), utilizado em equipamentos para tenses superiores a 145kV. 2.10.2 leo mineral de base parafnica O de base parafnica (tipo B), usado em equipamentos com tenso igual ou inferior a 145kV.

2.10.3 leo de silicone Existem tambm, fluidos isolantes base de silicone, recomendados para reas de alto grau de segurana. Ao contrrio dos leos minerais, este tipo de fluido possui baixa inflamabilidade, reduzindo sensivelmente uma eventual situao de incndio. Pois no caso de combusto do leo, forma-se na superfcie uma camada de slica extinguindo a chama.


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2.10.4 Outros tipos de leo para transformadores usado tambm o leo Rtemp que um leo mineral de alto ponto de fulgor com caractersticas semelhantes ao silicone. A utilizao do leo vegetal Envirotemp e Biovolt recente no mercado. Tem por vantagem alm de ser biodegradvel possuir alto ponto de fulgor. Tem a desvantagem de ser altamente oxidante na presena de oxignio, necessitando de inibidores, sendo preferencialmente utilizado em transformadores selados. 2.11 Perdas no transformador.

A energia no primrio transferida para o secundrio, mas parte dessa energia dissipada em forma de calor no cobre (condutores do primrio e secundrio) e no ferro (correntes parasitas ou Foucault e Histerese). Para reduzir estas perdas resulta a necessidade de resfriamento do transformador ou instal-lo em local bem ventilado 2.11.1 Perdas no cobre As perdas no cobre representam a energia dissipada nas resistncias dos enrolamentos. A perda no cobre varia com a carga do transformador. Ao passar corrente nos enrolamentos, h perdas de energia por efeito Joule, a equao seguinte calcula a potncia dissipada no cobre. 2.11 R - Resistencia eltrica do enrolamento primrio ou secundrio I - Corrente do primrio ou do secundrio 2.11.2 Perdas no ferro Quando um fluxo magntico atravessa uma massa metlica (ncleo), essa massa fica sujeita a uma fmm, que produz grandes correntes chamadas de correntes parasitas ou correntes de Foucault. Estas correntes no transferem energia para o secundrio, apenas aquecem o ncleo. Uma forma de reduzir essas correntes parasitas aumentar a resistncia eltrica do ncleo, conforme o que foi mencionado na seo 2.5.3. Uma lmina do ncleo

Correntes ParasitasFigura 2.16. Correntes parasitas nas laminas do ncleo..


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Outra perda no ferro a histerese magntica. Essa perda depende do material usado na construo do ncleo. Quando uma corrente alternada no primrio inverte seu sentido, h tambm inverso de polaridade no campo magntico circulante no ncleo. A inverso do campo no ncleo consome certa quantidade de energia na forma de calor que representa a perda por histerese. Alguns materiais, como o ao silcio de gros orientados, mudam a polaridade do campo facilmente por que os gros esto orientados no sentido do fluxo magntico, isso reduz as perdas por histerese. A perda igual rea interna do ciclo de histerese, quanto mais fino for esse ciclo menor so as perdas.

Figura 2.17. Ciclo de histerese para materiais diferentes.

2.12

Rendimento

O rendimento de um transformador a relao entre a potncia de sada e a potncia de entrada. 2.12 2.13 Onde:

A diferena entre a potncia de entrada e a potncia de sada exatamente as perdas no cobre, correntes parasitas e histerese. Exemplo 2- Um transformador monofsico de 10kVA, 2200/220 V, 60Hz. A partir de ensaios se constatou que as perdas no ferro e por histerese so de 100W, a resistncia do primrio 1,2 e do secundrio 0,05. Determine o rendimento do transformador quando ele est funcionando a potncia nominal.


20

Resposta. Pela relao de transformao e pela potncia do transformador temos a corrente do primrio e secundrio.

As perdas no cobre dos dois enrolamentos so:

Rendimento

2.13

Identificao dos terminais dos transformadores.

Conforme a ABNT (Associao Brasileira de Normas e Tcnicas), os terminas de alta tenso A.T denominado pela letra H seguido de um nmero; sendo que o nmero 0 (zero) corresponde ao terminal neutro e os nmeros 1,2 e 3 representam as fases. O lado de baixa tenso B.T denominado pela letra X seguido de um nmero, sendo que o nmero 0 (zero) corresponde ao terminal neutro e os nmeros 1,2 e 3 representam as fases. 2.14 Quanto ao nmero de fases.

Os transformadores so construdos com o nmero de fases necessrio ao atendimento das cargas que sero atendidas. Podendo ser: (a) Monofsico Estes so construdos para potencias inferiores a 15kVA e utilizados para consumidores rurais e residenciais. Possuem uma bucha no primrio e duas ou trs no secundrio. Operam com uma bucha ligada a uma fase e outro terminal aterrado. (b) Bifsico


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Estes so utilizados para consumidores rurais e residenciais monofsicos. Possuem duas buchas no primrio e duas ou trs no secundrio. Operam as duas buchas ligadas fase-fase. (c) Trifsico Estes so mais utilizados nos sistemas de distribuio, transmisso e no atendimento de cargas industriais. Neste caso os enrolamentos, primrio e secundrio, podem ser ligados da forma como apresentado no quadro abaixo:

Figura 2.18. Principais ligaoes dos transformadores trifsicos

Os transformadores monofsicos em unidades individuais podem ser ligados de forma a constiturem bancos trifsicos para atenderem a cargas trifsicas. A potncia do banco a soma das potncias dos trs transformadores monofsicos que compe o banco. 2.18 2.15 Agrupamentos de transformadores em paralelo.

Figura 2.19. Dois transformadores de 50KVA em paralelo.

O agrupamento de transformadores em paralelo de suma importncia nos sistemas eltricos de potncia, as principais vantagens desse agrupamento so as seguintes:


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a) Maior confiabilidade do sistema - Caso ocorra defeito em um dos transformadores, o outro permanece alimentando a carga. b) Possibilidade de manuteno sem desligamento do sistema - H possibilidade de realizar manuteno em um dos transformadores sem que as cargas sejam desligadas. c) Expanso do sistema possibilidade de aumento da capacidade do sistema acrescentando um ou mais transformadores para aliviar o que esteja no limite de carga, sem necessidade da mudana por transformador de maior potncia. Como vimos, h grandes vantagens em colocar transformadores em paralelo, entretanto, necessrio obedecer algumas condies para que o paralelismo seja feito com segurana e confiabilidade. Estas condies so mostradas a seguir: 1234Mesma seqncia de fase. Mesmo mdulo das tenses do primrio e secundrio (inclusive derivaes). Mesma Impedncia do transformador. Mesma defasagem ou deslocamento angular.

Se estas condies forem seguidas a risca, se pode fazer o paralelismo de dois ou mais transformadores sem problemas. 2.15.1 Anlise de cada condio separadamente 1- Mesma seqncia de fase. Chama-se seqncia de fases ordem de rotao dos fasores. Por exemplo: seqncia positiva abc (sentido horrio) e seqncia negativa acb (sentido anti-horrio). Os transformadores cuja seqncia de fases esteja oposta, no podem ser ligados em paralelo. De fato, num determinado instante os vetores de tenso secundria vo coincidir, mas no instante seguinte os vetores comeam a deslocar-se e aparecem diferenas de potencial entre as fases, o que provoca uma corrente de circulao entre os transformadores que estejam em paralelo nessa situao. 2- Mesmo mdulo das tenses do primrio e secundrio (inclusive derivaes). Se os mdulos de tenso no forem iguais, haver uma diferena de tenso nos transformadores e conseqentemente uma circulao de corrente entre os transformadores em paralelo. 3- Mesma Impedncia do transformador. Sabe-se que quanto maior a impedncia, maior a dificuldade de passagem de corrente, assim, se um transformador que esteja ligado em paralelo com outro de menor impedncia, ele estar trabalhando com mais carga que os outros, pois a corrente procura o caminho mais fcil para sua passagem.


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4- Mesma defasagem ou deslocamento angular. As defasagens dos transformadores trifsicos podem ser de 30 graus ou 0 grau. Se os transformadores em paralelo tiverem defasagens diferentes haver resultante de tenso nos seus terminais, fazendo circular uma corrente indesejada entre os transformadores em paralelo. A defasagem de 30 acontece quando o primrio e o secundrio esto ligados de forma diferente (-Y ou Y-). A defasagem de 0 quando o tipo de ligao a mesma no primrio e secundrio (Y-Y ou -). 2.16 Autotransformador

Um autotransformador um transformador com um nico enrolamento; um dispositivo muito til para algumas aplicaes por causa da sua simplicidade e baixo custo, quando comparado com um transformador convencional. Entretanto, ele no apresenta um isolamento eltrico entre o primrio e secundrio e, portanto no pode ser utilizado quando esse aspecto necessrio. O autotransformador da figura 2.20 (b) pode ser desenvolvido a partir de um transformador convencional de dois enrolamentos; para isso, basta fazer a conexo eltrica dos dois enrolamentos em srie. O primrio do autotransformador agora a soma dos dois enrolamentos do transformador convencional da figura 2.20(a), conseqentemente a relao de transformao do transformador dada pela seguinte equao. 2.14 Alm de apresentar uma maior razo de transformao, um autotransformador, pode tambm desenvolver maior potncia aparente que o transformador convencional. A razo que a transferncia de potncia do primrio para o secundrio num autotransformador no somente por induo eletromagntica, como no caso de um transformador convencional, mas tambm por conduo.

Figura 2.20. (a) Transformador convencional (b) conexo como autotransformador.

Os autotransformadores tm o mesmo princpio de funcionamento dos demais. A potncia e a fora magnetomotriz para o autotransformador da figura 2.20 (b) so as mesmas nos dois lados (primrio e secundrio).


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2.15 2.16 2.17 2.16.1 Tipos de Autotransformadores Os autotransformadores podem ser abaixador e elevador, depende apenas do tipo de ligao. As figuras abaixo mostram o tipo de ligao para um autotransformador elevador e um abaixador.

I2

I1

Figura 2.21. (a) autotransformador elevador - (b) autotransformador abaixador

Os autotransformadores tambm podem ser monofsicos e trifsicos, podendo ser os trifsicos constituidos de tres autotransformadores monofsicos associados em estrela ou em triangulo, conforme a necessidade. Conforme se mencionou acima, o autotransformador pode conduzir mais potencia que o transformador convencional pelo fato de que no autotransformador a parte do enrolamento no comum, ou seja nas figuras 2.21(a) e (b) seria o trecho ab, responsvel pela conduo da potencia para o secundrio, tambm chamada de potencia transformada, a qual tambm a potencia de projeto do autotransformador. A parte comum do enrolamento, ou seja nas figuras 2.21(a) e (b) seria o trecho bc, responsvel pela potencia transferida eletromagneticamente chamada de potencia propria ou potencia interna. Essas potencias podem ser determinadas conforme a seguir e diferem apenas quanto ao tipo de autotransformador: Para o autotransformador elevador conforme figura 2.21(a) A potencia transformada ser: Pt = I2 (V2 V1) A potencia propria ou interna: Pp = V1 I2 Para o autotransformador abaixador conforme figura 2.21(b) A potencia transformada ser: Pt = I1 (V1 V2) A potencia propria ou interna: Pp = V2 I1


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2.16.2 Diferenas entre um transformador convencional e um autotransformador. Vantagens de um autotransformador Baixo fluxo de disperso; Baixa perda; Baixa corrente de excitao; Custo menor; Possibilidade de transformar a potncia e a tenso

Se um autotransformador tem tantas vantagens em relao a um transformador convencional, ento porque no utiliz-los em todos os casos? Desvantagem de um autotransformador No tem isolao eltrica entre o primrio e secundrio

Essa desvantagem pode parecer simples frente s vrias vantagens, mas ela pode ser muito perigosa. Se ocorrer um problema no enrolamento N2 da figura 2.21 (b) a alta tenso do primrio passar integralmente para o secundrio o que pode provocar danos irrecuperveis ao dispositivo ligado no secundrio. Por este motivo o autotransformador deve ter o ponto comum permanentemente aterrado. Devido a esse grande problema os autotransformadores so normalmente utilizados com relao de transformao entre alta e baixa de no mximo 3. Com os diferentes tipos de ligao de um transformador convencional, possvel fazer com que um autotransformador mude de tenso e potncia nominal. O exemplo 3 explica essa afirmao com maiores detalhes. Exemplo 3 Um transformador convencional monofsico de 50kVA, 2400/240 V ligado como um autotransformador elevador como mostrado na figura abaixo, na qual ab o enrolamento de 240V e bc o enrolamento de 2400V.

Determine: a) a tenso VH, b) as correntes no primrio e no secundrio, de a para b e de b para c. c) a potncia aparente nominal do autotransformador. d) o acrscimo percentual da potencia do autotransformador em relao ao transformador convencional.


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Resposta: (a) A tenso do lado de baixa VL, ser os mesmos 2400V e do lado de alta VH, ser a tenso Vab somado com a tenso Vbc.

(b) Para encontrarmos as correntes (primrio e secundrio do autotransformador) necessrio encontrar as correntes em cada bobina usando a potncia nominal do transformador convencional. Clculo da corrente primria:

Clculo da corrente secundria:

Assim temos que a corrente que passa no enrolamento bc 20,8A e no enrolamento ab 208,0A . Lembrando que a corrente no primrio IL a soma das correntes Iab e Ibc, pela lei de Kirchhoff das correntes:

a corrente do secundrio a mesma corrente do enrolamento ab.


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Clculo da potencia do autotransformador c) a nova potncia do autotransformador dada por:

d) o acrscimo percentual da potencia do autotransformador em relao ao transformador convencional resulta:

Note que a potncia nominal do transformador convencional de 50kVA, quando ligado como autotransformador a potencia nominal aumenta para 550kVA correspondendo a um aumento de potncia de 1100%. A ligao de um transformador convencional como autotransformador resulta em um tamanho menor de autotransformador da mesma capacidade comparado com um transformador convencional.

Figura 2.22. Transformador a gigante 225MVA 275kV 241t Fabricao WEG , para Nokian Capacitors - Esccia


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PROBLEMAS1. 2. 3. Que tipo de mquina um transformador e qual a sua funo de operao? Qual a funo do ncleo do transformador? Porque o ncleo do transformar laminado?

4. Quais materiais so utilizados na construo do ncleo do transformador? E qual a funo desses materiais? 5. Quais os tipos de perdas no transformador e como elas acontecem? 6. Qual a funo do ao silcio de gros orientados na construo do ncleo do transformador? 7. 8. Quais os tipos de resfriamento do transformador. Qual a funo do leo mineral e dos radiadores em um transformador?

9. Qual a mxima potncia que um transformador de 200kVA pode trabalhar quando est submetido a uma ventilao forada? 10. O que um autotransformador e quais as suas principais vantagens e desvantagens com relao a um transformador convencional? 11. Ligando um transformador de 500VA 220/127V a uma fonte de tenso contnua de 100V no primrio qual a tenso que surgira no secundrio aps alguns minutos? 12. Um transformador de 15kVA, alimentado com tenso no primrio de 13800V, no secundrio colocada carga nominal que consome 200A. Determinar a tenso no secundrio, e a corrente no primrio, assim como a relao de transformao do transformador. 13. No transformador do item anterior a tenso do primrio reduzida para 9kV, qual a tenso de sada no secundrio? Qual a potncia mxima que o transformador pode fornecer nessa situao, sabendo que a corrente no secundrio continua 200A? 14. Em um transformador de 50kVA, 69/13,8kV, sabe-se que as perdas no ferro so de 400W e as perdas no cobre so de 40W, qual a eficincia desse transformador? E o que poderia ser feito na construo dele para que a eficincia fosse maior? 15. Um transformador convencional de 60kVA, 380/220V conectado como autotransformador, determine. a) O nmero de espiras do primrio do transformador convencional 500, qual o nmero de espiras do secundrio. b) As correntes nominais do primrio e secundrio do transformador convencional. c) As ligaes que devem ser feitas para que o autotransformador seja um elevador e para ser um abaixador. d) Qual a tenso e corrente do primrio e secundrio, a potncia e as tenses transformadas para o caso do autotransformador elevador. e) Repita o item d para o caso do autotransformador abaixador. Qual a funo da slica gel nos transformadores imersos em leo mineral?


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CAPTULO III MOTOR ELTRICO DE CORRENTE ALTERNADA3.1 Tipos de Motores

Figura 3.1. Tipos de Motores Eltricos

Como possvel se verificar na figura 3.1, existe uma grande quantidade de motores, entretanto neste captulo sero abordados os motores de corrente alternada. 3.2 Campo magntico girante Para entender o funcionamento do motor de corrente alternada precisamos compreender o que faz o rotor girar. Para melhor entendimento do campo magntico girante utilizaremos as tenses de um sistema trifsico. A figura abaixo apresenta as tenses de um sistema trifsico onde as retas 1, 2, 3, assinalam o instante em que cada uma das fases passam pelo ponto zero enquanto as demais no so. A figura 3.3 mostra um estator trifsico e as fases defasadas entre si de 120.VaVb1

VbVc2

VcVa3

Va1

Vb2

Vc3

Vc1

Va2

Vb3

1

2

3

Figura 3.2. Sistema trifsico de tenses


30

A C' a 120 a B 120 a A' a B' a 120 a C

Figura 3.3. Estator trifsico.

Alimentando o estator trifsico da figura 3.3 com as tenses trifsicas mostradas na figura 3.2, analisaremos a reao causada por cada uma das trs tenses em cada fase do estator. Na figura 3.2 a reta 1 indica o instante em que a tenso na fase A nula e das fases B e C no so. Sem se preocupar com o valor das tenses e sim com as correntes que possibilita a seguinte anlise: Sendo a tenso na fase A nula, no h corrente, entretanto, a fase B no sendo nula tem corrente, a corrente que entra na fase B cria um campo magntico ao redor do condutor com sentido determinado pela regra da mo direita, como mostrado na figura 3.4, a corrente que sai pela fase B tambm cria um campo magntico. O mesmo acontece com a fase C. Unindo-se os campos das fases B e C que esto no mesmo sentido, construmos um nico campo resultante indicado na figura 3.4 pela seta em negro no centro.

A C' a B' a

Hb HcaBa

Hac Hab

C

HcbA' a

Figura 3.4. Va=0 e Vb e Vc 0 .

Fazendo a mesma anlise para a reta 2 da figura 3.2, podemos ver que nesse instante tomado como referencia a tenso na fase B nula e das fases A e C no so. Sendo a tenso na fase B nula, no h corrente, entretanto, a fase A cria um campo magntico ao redor do condutor com sentido determinado pela regra da mo direita, como mostrado na figura 3.5, a corrente que sai pela fase A tambm cria um campo magntico. O mesmo acontece com a fase C. Unindo os campos das fases A e C que esto no mesmo sentido, construmos um nico campo resultante indicado na figura 3.5 pela seta em negro no centro.


31

A C' a B' a

Hba HcaB

HacC

HcbA' a

Hab

Figura 3.5. Vb=0 e Va e Vc 0 .

Por fim, analisaremos a reta 3 da figura 3.2, podemos ver que nesse instante considerado, a tenso na fase C nula e das fases A e B no so. Sendo a fase C nula e as fases A e B no nulas podemos acompanhar o mesmo raciocnio utilizado para analisar as outras duas fases. Pois, a corrente que entra na fase A e sai na fase A cria um campo magntico ao redor do condutor com sentido determinado pela regra da mo direita, como mostrado na figura 3.6. O mesmo ocorre na fase B. Unindo-se os campos magnticos de A e B que esto no mesmo sentido, construmos um nico campo resultante conforme indicado na figura 3.6 pela seta em negro no centro.

A C' a B' a

Hba HcaB

HacC

HcbA' a

Hab

Figura 3.6. Vc=0 e Va e Vb 0 .

A figura 3.7 apresenta a superposio das figuras 3.4, 3.5 e 3.6 em uma nica figura, mostrando graficamente o campo magntico girante em relao ao estator trifsico da figura 3.3.


32

A C' a B' a

Hba HcaB

HacC

HcbA' a

Hab

Figura 3.7. Superposio das figuras 3.4, 3.5 e 3.6

possvel observar que os terminais das bobinas continuam no mesmo lugar, apenas o campo magntico muda de posio1. Como as tenses variam com uma determinada freqncia, esse campo magntico girante varia com a mesma freqncia (de alimentao da rede), que no Brasil de 60Hz. 3.2.1 Velocidade do campo magntico girante (Velocidade Sncrona) A velocidade sncrona definida pela velocidade de rotao do campo girante, a qual depende do nmero de plos e da freqncia (f) da rede, em hertz. Os enrolamentos do estator so distribudos simetricamente nas ranhuras por fase e por plo. O campo girante percorre um par de plos (p) a cada ciclo. Assim, a velocidade do campo ser: 3.1 Onde:

Exemplos: 1) Qual a rotao sncrona de um motor de 6 plos, 50Hz?

Esse mtodo para apresentar graficamente o campo magntico girante foi desenvolvido pelo Prof. Fernando Azevedo para o curso de Eletrotcnica da Escola de Engenharia Eletromecnica da Bahia na disciplina de Mquinas Eltricas.

1


33

2) Motor de 12 plos, 60Hz?

Note que o nmero de plos do motor sempre par, para formar os pares de plos. 3.3 Motor de induo trifsico Inicialmente estudamos o campo girante a partir da alimentao do estator, independente da ao que tem no motor. Agora veremos que o motor sendo um conversor de energia, utiliza a ao do campo girante para agir sobre o rotor, fazendo-o girar, convertendo a energia eltrica em energia mecnica e transmitindo atravs do eixo do rotor a fora necessria para realizao de um trabalho mecnico. O motor de induo o mais resistente dos motores, seu custo por potncia relativamente baixo e sua manuteno muito menor que os demais motores, por isso este tipo de motor o mais usado nas indstrias. Como na maioria dos motores, o motor de induo composto por um estator e um rotor. A figura abaixo mostra todos os componentes de um motor de induo.

Figura 3.8. Motor Eletrico de Induo ou assincrono.

3.4 Partes construtivas do motor de induo Estator 1. Carcaa (1) - a estrutura suporte do conjunto; de construo robusta em ferro fundido, ao ou alumnio injetado, resistente a corroso e com altas. 2. Ncleo de chapas (2) - as chapas so de ao magntico, tratadas termicamente para reduzir ao mnimo as perdas no ferro. 3. Enrolamento trifsico (8) - trs conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifsico ligado a rede trifsica de alimentao.


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Rotor 1. Eixo (7) - transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor. tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga. 2. Ncleo de chapas (3) - as chapas possuem as mesmas caractersticas das chapas do estator. 3. Barras e anis de curto-circuito (12) - so de alumnio ou cobre injetado sob presso numa nica pea.

Figura 3.9. Rotor em gaiola de esquilo

3.4.1 Outras partes do motor de induo trifsico: Tampa (4) Ventilador (5) Tampa defletora (6) Caixa de ligao (9) Terminais (10) Rolamentos (11) O foco deste captulo o motor de gaiola, cujo rotor e constitudo de um conjunto de barras no isoladas e interligadas por anis de curto-circuito. A figura 3.9 mostra um rotor em gaiola que utilizado nos motores de induo ou motores assncronos. O que caracteriza o motor de induo que o estator ligado rede de alimentao, enquanto o rotor no alimentado externamente, as correntes que circulam neste, so induzidas eletromagneticamente pelo campo magntico girante no estator, da o nome de motor de induo. O motor de induo pode ser considerado como um transformador no qual o estator representa o primrio (ligado fonte de alimentao) e o rotor em curto-circuito corresponde ao secundrio. 3.5 Escorregamento ou deslizamento No momento que as tenses trifsicas alimentam o estator surge um campo magntico girante, entretanto, o rotor no comea a girar instantaneamente com o campo magntico girante, demorando um tempo (imperceptvel ao olho humano) para comear a girar. O que ocorre como se o campo magntico deslizasse sobre o rotor, esse deslizamento faz com que a velocidade do rotor (n) seja sempre menor que a velocidade sncrona. Se isso no ocorresse, e a velocidade do rotor fosse igual velocidade sncrona, o campo magntico girante estaria esttico com relao ao rotor, conseqentemente no


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haveria induo magntica no rotor, e por conseqncia no haveria tenso induzida no mesmo, sem tenso no h corrente, sem corrente no h campo magntico no rotor para faz-lo girar, ou seja, o motor teria fora nula. O escorregamento , portanto a diferena entre a velocidade sncrona e a velocidade do rotor expresso em percentagem representada pela seguinte formula. Por isso, este motor tambm chamado de motor assncrono, ou seja, a velocidade do rotor diferente da velocidade sncrona. 3.2

Exemplo: Qual o escorregamento de um motor de 6 plos, 50Hz, se sua velocidade de 960 rpm?

3.5.1 Conjugado ou torque Chamamos de conjugado ou torque a fora de giro em um motor transmitida atravs do eixo. Para melhor entendimento do conceito de torque, iremos relembrar o conceito de trabalho. A figura 3.10 nos mostra uma fora F aplicada em um bloco de massa m, que desloca o bloco em uma distncia d.

F

m d

m

Figura 3.10. Deslocamento do bloco.

O trabalho mecnico realizado pela fora para deslocar o bloco de uma distncia d dada pela seguinte equao. 3.3 Onde:

O trabalho demora algum tempo para ser realizado pela fora, a relao entre o trabalho e o tempo chamada de potncia mecnica e representado pela equao 3.4. 3.4 Onde:


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Sabemos por experincia prtica que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poos conforme figura 3.11 a fora F necessria para girar a manivela depende do comprimento r da manivela. Quanto maior for o comprimento de r da manivela, menor ser a fora necessria. Se dobrarmos o tamanho r da manivela, e o peso for o mesmo, a fora F necessria ser reduzida a metade. Como vimos para medir o esforo necessrio para girar o eixo, no basta definir a fora empregada, preciso tambm dizer a que distncia do eixo a fora aplicada. O esforo medido pelo conjugado, que o produto da fora pelo comprimento do brao da alavanca.

Figura 3.11. Conjugado.

3.5 O conjugado tambm chamado torque, momento ou binrio a medida do esforo necessrio para girar um eixo, ou seja, no existe conjugado para movimentos A figura acima mostra uma mquina simples para elevao de gua em um poo. Nota-se que o movimento feito pela manivela semelhante ao realizado por um motor eltrico, ou seja, por meio de movimento circular. Portanto, devemos substituir a velocidade linear (m/s) em 3.4 pela velocidade angular (rad/s). Entretanto o radiano por segundo no uma unidade usual para determinar a velocidade de um motor, mas sim rotaes por minuto (RPM), assim a velocidade angular fica conforme a seguir: 3.6 Substituindo em 3.4, teremos:

Verificando que o produto F por r corresponde ao conjugado conforme 3.5, teremos: 3.7


37

Na prtica a potencia dos motores em cavalo-vapor (cv) ou em kW e a RPM esto na placa de identificao, sendo necessrio s vezes conhecer o conjugado da mquina, portanto: 3.8 Lembrando que 1cv = 75kgfm/s = 736W = 0,736kW, pode-se obter o conjugado em kgfm ou em Nm, dependendo da unidade da potencia do motor em cv ou em kW. Para se obter o conjugado em kgfm tendo-se a potencia em cv, teremos:

Simplificando, 3.9

Para melhor entendimento das relaes mostradas a seguir necessrio lembrar que: 1- 1kgf = 9,81N 2- 1kW = 1,36cv 3.5.2 Relao entre conjugado e potncia. Na prtica quando necessitamos aplicar um motor em uma mquina qualquer, precisamos conhecer o conjugado exigido para o perfeito funcionamento Por este motivo os fabricantes de motores indicam nas especificaes tcnicas a potencia em (cv ou kW), tenso, corrente, r.p.m. nominal e fator de potencia, incluindo o conjugado nominal, de partida e mximo em (kgfm ou Nm). Assim podemos utilizar uma das equaes que relacionam conjugado em (kgfm ou Nm), potncia em (cv ou kW) e velocidade em r.p.m.: 3.10 3.11 3.5.3 Relao entre torque e tenso de alimentao do motor. Uma relao muito importante quando se trata de mquinas de induo trifsica (MIT) a relao tenso torque. Esta relao importante porque muitas vezes h necessidade de alterar o torque de determinada mquina para que ela consiga acionar uma determinada carga. Esta relao dada pela equao 3.9.


38

3.12

Na equao 3.12 possvel observar que o torque de uma mquina de induo trifsica diretamente proporcional ao quadrado da tenso de alimentao da mquina. O valor de K uma constante de proporcionalidade que depende dos parmetros da mquina. 3.5.4 Curva caracterstica Conjugado x Velocidade.

Figura 3.12. Curva Conjugado - escorregamento.

Na figura 3.12 representada a curva caracterstica conjugado-rotao de um motor de induo trifsico. No escorregamento de 100% (velocidade , ou seja, na partida, tem-se um torque inicial ou de partida ( que o conjugado mnimo para o motor sair da inrcia e comear a acelerar. medida que o rotor vai acelerando, o conjugado diminui e chega a seu valor mnimo ( ) sendo o conjugado desenvolvido pelo motor ao acelerar desde a velocidade zero at a velocidade correspondente ao conjugado mximo. Na prtica, este valor no deve ser muito baixo, isto , a curva no deve apresentar uma depresso acentuada na acelerao, para que a partida no seja muito demorada, sobre aquecendo o motor, especialmente nos casos de alta inrcia ou partida com tenso reduzida. O prximo ponto de mudana da curva no conjugado mximo ( ) desenvolvido pelo motor, sob tenso e freqncia nominal, sem queda brusca de velocidade. Esse conjugado mximo deve ser o mais alto possvel, por duas razes: 1) O motor deve ser capaz de vencer, sem grandes dificuldades, eventuais picos de carga como pode acontecer em certas aplicaes, como em britadores, calandras, misturadores e outras. 2) O motor no deve arriar, isto , perder bruscamente a velocidade, quando ocorrem quedas de tenso, momentaneamente, excessivas.


39)

Ao atingir a rotao nominal, o motor desenvolve conjugado nominal ( com potncia, tenso e freqncia nominais e escorregamento nominal.

Se a velocidade do rotor iguala a velocidade sncrona ( ), ou seja, escorregamento 0 (zero) no h torque resultante na mquina, isso se d porque o rotor e o estator tero velocidade relativa nula, no tendo variao de fluxo no rotor e conseqentemente no havendo tenso induzida. Se no h tenso no h corrente, e se no h corrente no h torque. 3.5.5 Categorias dos motores de induo Categoria N Conjugado de partida normal, corrente de partida normal; baixo escorregamento. a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, mquinas operatrizes, ventiladores. Categoria H Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; baixo escorregamento. Motores utilizados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inrcia, britadores, etc. Categoria D Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; alto escorregamento (maior de 5%). Usados em prensas excntricas e mquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos peridicos. Usados tambm em elevadores e cargas que necessitam de conjugados de partida muito altos e correntes de partida limitada. As curvas conjugado X velocidade das diferentes categorias podem ser vistas na figura 3.13.

Figura 3.13. Categorias dos motores de induo


40

Exemplo 1- Uma carga de 5 toneladas dever ser elevada do solo a uma altura de 10m em 50s. Determine qual deve ser a menor potncia em (kW e cv) do motor para realizar essa operao. Resoluo: Motor

10m

M

Lembrando que

Lembrando que

Exemplo 2- Um motor de induo de 60Hz, 3cv,4 plos,220/127V e velocidade nominal de 1737 r.p.m.. Determine a velocidade sncrona do motor, o escorregamento, e o torque nominal em kgf.m e Nm. Resoluo: Clculo da velocidade sncrona.

Clculo do escorregamento

Clculo do torque ou conjugado


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OBS: Lembrando que 1kgf = 9,81N, basta multiplicar o conjugado encontrado de 1,24kgfm por 9,81N para obter diretamente o conjugado de 12,16Nm, bem prximo do valor encontrado pela equao acima. Exemplo 3- Um motor de induo de 25cv, 380/220V, 60Hz, aciona uma carga que requisita uma conjugado de 5,15kgfm. Pede-se determinar: a) a velocidade de rotao do motor; b) o nmero de plos do motor sabendo que velocidade sncrona de 3600rpm; c) o escorregamento nominal do motor. Resoluo Velocidade: Sabemos que o conjugado dado por:

Ento a velocidade de rotao dada por:

Nmero de plos:

Escorregamento:

3.5.6 Motor de Induo com Rotor Bobinado ou de Anis. O motor de anis possui a mesma caracterstica construtiva do motor de induo com relao ao estator, porm o seu rotor bobinado com um enrolamento trifsico em estrela, acessvel atravs de trs anis onde deslizam escovas estacionrias e ligadas a caixa de resistores externa. Estes motores so largamente utilizados no acionamento de sistemas de elevada inrcia e nos casos em que o conjugado resistente em baixas rotaes seja alto


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comparado com o conjugado nominal. Por outro lado com baixa inrcia (carga) este tipo de motor pode apresentar baixa corrente de partida.Barra curto-circuitante S1 S2 S3 L2 L3 Estator Rotor bobinado Anis Resistncias variveis estrela

L1

Figura 3.14. Desenho esquemtico do motor de anis.

As figuras abaixo mostram um motor com rotor bobinado aberto e a variao das curvas de conjugado com o aumento da resistncia do rotor respectivamente.

Figura 3.15. Motor de Induo Trifsico com Rotor Bobinado.

A curva conjugado X velocidade varia de acordo com a resistncia do rotor, esta resistncia pode ser alterada no rotor j que os terminais de suas bobinas so expostos.

Figura 3.16. Curvas de conjugado com variao da resistncia do rotor.

Quando a resistncia do rotor aumentada, ocorre conseqentemente reduo da corrente de partida do motor, e aumento do torque e do escorregamento, conforme


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visto na figura 3.16. Na prtica, a resistncia de partida construda de tal forma que possa ser excluda progressivamente por meio de um cursor, proporcionando meio ao motor de produzir torque mximo a velocidades cada vez maiores, at que o torque mximo possa ser produzido com a velocidade prxima a normal e as resistncias totalmente excludas. Existe um valor adequado da resistncia inserida no rotor que fornece o torque mximo no instante da partida. 3.6 Motor de Induo Bifsico No motor bifsico, como o prprio nome diz, tem apenas duas fases. Para fazer a anlise do campo magntico girante criado nos enrolamentos do estator, faremos a mesma anlise que foi feita para o campo magntico girante de um motor de induo trifsico, com a diferena de que nesse caso sero utilizadas apenas duas fases. A figura abaixo nos mostra dois estatores alimentados por duas fases, A e B em dois instantes diferentes. No primeiro instante, a figura 3.17(a), a tenso na bobina A diferente de zero e a bobina B igual a zero, no segundo instante, figura 3.17 (b), a tenso na bobina B diferente de zero e a bobina A igual a zeroA A

B

H Hc a b a

Ha c H a

B'

B

H Hc a b a

Ha c H a

B'

Hc b

Hc b

A'

b

A'

b

a

a

(a)

(b)

Figura 3.17. Campo mgntico girante em um Motor de Induo Bifsico.

Na figura 3.17 possvel observar que medida que as fases A e B se alternam o posicionamento do campo magntico tambm muda isso nos indica que mesmo com apenas duas fases, h formao de campo magntico girante o que faz que um rotor em gaiola colocado no estator de um motor bifsico girar da mesma forma que acontece em um motor trifsico. Em um motor bifsico as bobinas so colocadas em quadratura, ou seja, separadas entre si de 90. A figura abaixo mostra um circuito em que as bobinas esto separas 90 uma da outra. Fase B

Fase A

Figura 3.18. Circuirto de um Motor de Induo Bifsico.


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3.7 Motor de Induo Monofsico O motor monofsico alimentado por apenas uma fase. A figura a seguir mostra o estator de um motor de induo monofsico.A

A'

a

Figura 3.19. Estator de um motor de induo monofsico.

Com apenas uma fase impossvel a criao de um campo magntico girante, conseqentemente o motor monofsico no tem conjugado de partida. Para que o rotor possa girar necessrio dar um impulso inicial no sentido horrio ou anti-horrio, assim passa o rotor a girar no sentido do impulso enquanto for mantida a alimentao do motor, independente de estar movimentando uma carga ou no. Os tpicos a seguir mostram as vrias maneiras de se conseguir o torque de partida de um motor monofsico. 3.7.1 Motor de induo monofsico de fase dividida Neste tipo de motor, o estator constitudo por dois enrolamentos deslocados de 90 no espao, com caractersticas diferentes a fim de provocar um defasamento entre as correntes que circulam nestes enrolamentos, conforme a figura 3.20.

Figura 3.20. Motor de induo monofsico de fase dividida.

O motor de induo monofsico de fase dividida assim denominado por ter a nica fase de alimentao dividida entre o enrolamento principal e de partida ou auxiliar. Comparando esta configurao com a do motor bifsico, fica fcil entender o fato de o motor com uma nica fase ser capaz de ter um campo magntico girante. No tpico anterior, vimos que o motor mesmo no tendo torque de partida capaz de funcionar normalmente, por este motivo no circuito da bobina de partida existe uma chave centrfuga com a finalidade de cortar a corrente neste circuito, mantendo a corrente na bobina principal.


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No instante da partida o rotor est parado (chave centrfuga fechada), velocidade zero, iniciado o movimento, a velocidade do rotor crescente at atingir a velocidade nominal, porm, antes que esta seja atingida, ou seja, a 75 e 80% da velocidade nominal a chave centrfuga abre cortando a corrente no circuito de partida. Na prtica, o ngulo de defasagem entre os campos nos dois enrolamentos (principal e auxiliar) bem menor que 90 o que resulta em conjugado de partida igual ou pouco superior ao nominal. Por isso esse motor usado para cargas de pequena potncia e conjugados de partida moderados (por exemplo: ventiladores, exaustores, bombas centrfugas, etc). 3.7.2 Motor de induo monofsico com Capacitor de Partida A fim de melhorar o torque de partida relativamente baixo do motor de fase dividida, adiciona-se um capacitor ao circuito de partida, para produzir um defasamento mais prximo de 90 entre as correntes de partida e de funcionamento, conforme mostra a figura 3.21

Figura 3.21. Motor de induo monofsico de fase dividida.

O capacitor em srie com a fase auxiliar permite a obteno de ngulos de defasagem bem maiores e conseqentemente, conjugados de partida bem mais elevados (entre 200 e 350% do conjugado nominal). O circuito do enrolamento auxiliar tambm desligado atravs de chave centrfuga como visto anteriormente. fabricado na faixa de potncias de 1/4 a 15 cv e usado numa grande variedade de aplicaes 3.7.3 Motor de induo monofsico com Capacitor Permanente Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e seu capacitor em srie ficam permanentemente conectados, no sendo necessria a chave centrfuga. Isto bom por que a ausncia de partes mveis facilita a manuteno. O conjugado mximo, o rendimento e o fator de potncia desses motores so melhores que os de outros tipos, aproximando-se aos valores obtidos em motores trifsicos. Em contrapartida, seu conjugado de partida menor que o dos motores de fase dividida (entre 50% e 100% do conjugado nominal), limitando sua utilizao a equipamentos como pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar e mquinas de escritrio. So fabricados normalmente para potncias entre 1/5 a 1,5 cv, conforme figura 3.22.


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Figura 3.22. Motor com capacitor permanente

O motor de induo monofsico com capacitor permanente por suas caractersticas de construo um motor facilmente reversvel (devido ao baixo torque de funcionamento), operao silenciosa, com possibilidade de controle de velocidade, usado em ventiladores, exaustores, mquinas de escritrio e unidades de aquecimento. 3.7.4 Motor de induo monofsico com dois capacitores uma "mistura" dos dois anteriores possui um capacitor de partida o qual desligado atravs da chave centrfuga e outro de funcionamento que permanece ligado. Com isso, possui todas as vantagens daqueles motores: alto conjugado de partida alta eficincia e fator de potncia elevado. No entanto seu custo elevado, s fabricado para potncias superiores a 1 cv.

Figura 3.23. Motor com dois capacitores

3.7.5 Motor de induo monofsico de Plo Fendido Tambm chamado de motor de plos sombreados ou plo ranhurado, este motor consegue criar um campo girante atravs de modificaes feitas em seus plos e pelas bobinas de sombra. Este tipo de motor mostrado na figura 3.24 (a) onde uma parte da cada plos (entre 25% e 35%) abraada por um anel de cobre em curto-circuito. O fluxo magntico produzido nesta espira fica atrasado em relao ao fluxo da parte no abraada pela mesma, resultando num campo girante que sempre se move na direo da parte no abraada para a parte abraada do plo.


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Estes motores apresentam um nico sentido de rotao. A maneira mais prtica de obter-se rotao no sentido oposto mudar a posio da ponta do eixo em relao ao estator; outros mtodos so possveis, porm muito onerosos. Devido ao seu mtodo de partida, o motor mais simples, confivel e econmico. Porm, seu conjugado de partida bastante baixo (15% a 50% do conjugado nominal) e apresenta fator de potncia e rendimento baixos. Por este motivo fabricado para pequenas potncias (tipicamente de alguns milsimos de cv at 1/4 cv), podendo ser usado em processos de movimentao de ar (ventiladores, exaustores, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas, compressores, projetores de slides, toca-discos e outros eletrodomsticos.

Figura 3.24. Motor de polo fendido

3.8 Motor Sncrono Um motor sncrono tem a caracterstica principal de manter a velocidade constante, com ou sem carga ou ainda com carga varivel. Esta denominao, de motor sncrono, deve-se ao fato de que o rotor deste motor gira na velocidade sncrona, ou seja, na mesma velocidade do campo magntico girante, conforme visto anteriormente. Os motores sncronos possuem o estator idntico (armadura) aos dos motores de induo trifsicos, entretanto, o rotor bem diferente daquele utilizado no motor de induo.

Figura 3.25. Motor Sncrono Puro

No motor sncrono o rotor pode ser construdo de im permanente ou por um eletrom e um enrolamento de compensao curto-circuitado, alimentado por tenso continua.


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No rotor do motor sncrono existe uma bobina responsvel por criar o campo magntico necessrio para que o rotor acompanhe o campo magntico girante no estator. O motor sncrono no possui conjugado de partida, por isso, deve ser levado por algum meio externo ou interno ao referido, velocidade sncrona ou muito prximo dela. 3.8.1 Motor sncrono com um motor auxiliar Devido velocidade de o campo magntico girante ser elevada, o rotor no acompanha essa rotao permanecendo parado, enquanto o estator alimentado por uma tenso trifsica alternada, sem torque de partida. Para o rotor entrar em movimento pode ser utilizado uma turbina hidrulica, ou a gs, a vapor ou por um motor eltrico de induo de pequena potncia. Esse mtodo utilizado nas grandes mquinas sncronas com o objetivo de levar o rotor a uma velocidade prxima ou muito prxima da velocidade sncrona, quando a bobina de campo passa a ser energizada por uma fonte de corrente contnua. O acionamento do rotor pode estar acoplado no mesmo eixo ou por meio de transmisso como tambm por um tipo de embreagem. Esse dispositivo necessrio para a retirada do motor auxiliar, a partir do instante em que o rotor passa a girar em sincronismo com o campo magntico girante, ou seja, na velocidade sncrona. 3.8.2 Motor sncrono com enrolamento compensador No pargrafo anterior vimos que o motor sncrono no capaz de partir sozinho, entretanto utilizando um enrolamento amortecedor ou de compensao ou ainda em gaiola de esquilo consistindo de barras slidas embutidas na superfcie da face polar e curtocircuitadas em cada extremidade por meio de anis conforme mostra a figura 3.26. possvel fazer com que o rotor inicie o movimento de modo semelhante ao que foi visto no motor de induo com rotor em gaiola. A tenso induzida nas barras faz com que o rotor comece a girar inicialmente, como motor de induo, e levado a velocidade prxima da velocidade sncrona quando a partir desse momento a bobina de campo alimentada por corrente continua e o rotor passa a girar com a mesma velocidade do campo magntico girante. Quando isso acontece os condutores da gaiola j no tem mais ao, porque o escorregamento passa a ser zero no havendo mais tenso induzida nas barras, restando apenas o efeito do motor sncrono.

Figura 3.26. Plo de um motor sncrono e enrolamento de compensao ou em gaiola


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Por este motivo diz-se que este tipo de motor conhecido como de induo na partida e funcionamento sncrono

3.9Excitao do enrolamento de campoA fonte de tenso continua que alimenta o enrolamento de campo, atravs de anis solidrios ao eixo do rotor chamada de excitatriz. A figura a seguir mostra o rotor de plos salientes com as bobinas de campo e os anis que promovem o contato eltrico entre a excitatriz e o rotor.

Figura 3.27. Mquina sincrona de plos salentes

A fonte de tenso que alimenta a bobina de campo pode ser gerada de duas formas principais: 1- excitao dinmica 2- excitao esttica 3.9.1 Excitao Dinmica Nesse tipo de excitao, como o prprio nome diz, realizada a partir de um dispositivo rotativo. Esse dispositivo rotativo deve fornecer uma corrente contnua aos terminais do rotor para criao do campo constante, elas so de dois tipos: Excitatriz com gerador de corrente continua e Excitatriz com gerador de corrente alternada ou sem escovas, tambm conhecido com o termo em ingls Brushless. 3.9.1.1 Excitatriz com gerador de corrente continua. Esse tipo de excitatriz constitudo por um gerador de corrente continua acoplado no mesmo eixo do motor sncrono. A tenso contnua gerada alimenta o enrolamento de campo do motor sncrono, atravs de escovas, deslizando sobre dois anis solidrios ao eixo do motor sncrono possibilitando a excitao da mquina. As tenses de fornecimento variam de 50 a 1500V e suas potncias situam-se entre 1 e 5% da potncia da mquina. A figura a seguir mostra esquematicamente um motor sncrono, onde o enrolamento de campo alimentado por um gerador de corrente continua acoplado ao seu eixo e os anis coletores.


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Tenso 3

+ CARGA Mquina Sncrona

Gerador cc

Estator do Motor Sncrono

Anis do enrolamento de campo

Figura 3.28. Motor sncrono com excitatriz rotativa cc.

Alguns motores sncronos podem ter a fonte de tenso continua de outro gerador separado do motor por meio de uma transmisso ou mesmo proveniente de baterias de chumbo-cido (acumuladores). Pode-se utilizar tambm retificador esttico a partir de uma fonte de tenso alternada. 3.9.1.2 Excitatriz com gerador de corrente alternada ou sem escovas Brushless. A excitatriz sem escovas consiste de uma excitatriz de corrente alternada e um retificador rotativo montado no mesmo eixo da mquina sncrona. A excitatriz composta por um alternador de plos fixos e armadura girante e uma ponte retificadora rotativa. A sada dessa ponte retificadora ligada diretamente aos terminais da bobina de campo do rotor criando a campo constante do rotor. A figura 3.29 mostra esquematicamente a excitatriz sem escovas e a figura 3.30 mostra uma foto da excitatriz Brushless.

Figura 3.29. Motor sncrono com excitatriz sem escovas (Brushless)


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Figura 3.30. Foto de uma eExcitatriz Brushless

3.9.1.3 Excitatriz Esttica Na excitatriz esttica como o prprio nome sugere, no h elementos giratrios na criao da tenso contnua que alimenta a bobina de campo do motor sncrono. Neste caso a tenso de alimentao provida diretamente da rede de alimentao alternada e retificada por retificadores estticos. A tenso continua retificada conduzida por contatos de escovas atravs de dois anis que alimentam as bobinas de campo do rotor. A figura 3.31 mostra de forma ilustrativo esse tipo de excitao.Rede de alimentao 3 Retificador+ -

CARGA

Mquina Sncrona

Estator da MS

Anis do enrolamento de campo

Figura 3.31. Motor sncrono com excitatriz esttica


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3.10

Motor sncrono utilizado como capacitor

Uma caracterstica importante de um motor sncrono o fato de poder trabalhar movimentando uma carga, e funcionando como se fosse um capacitor para a rede. O motor sncrono pode funcionar absorvendo potncia reativa da rede, como o caso de todos os motores de induo, ou pode funcionar fornecendo potncia reativa para a rede ou como simples carga resistiva. O controle da potncia reativa de um motor sncrono realizado pela tenso de alimentao no enrolamento de campo, este controle pode ser de trs regimes de excitao. 1. Quando a excitao de campo menor que a nominal, se diz que o motor est em regime subexcitado, neste caso o motor esta consumindo potncia reativa da rede e contribuindo para piorar o fator de potncia do sistema. O fator de potencia neste caso est em atraso ou indutivo. 2. Quando a excitao de campo a nominal, diz-se regime de excitao normal, o motor nem absorve nem fornece potncia reativa a rede, trabalhando com fator de potncia unitrio, neste caso o motor sncrono no influi no fator de potncia do sistema. 3. Quando a excitao de campo maior que a nominal, o motor dito em regime sobrexcitado, neste caso o motor fornece potncia reativa a rede contribuindo para o melhoramento do fator de potncia do sistema. O fator de potencia neste caso est em avano ou capacitivo. Por este motivo o motor sncrono trabalhando com ou sem carga pode ser utilizado em algumas instalaes eltricas em substituio aos motores de induo para melhorar o fator de potencia do sistema. Evidente que tal medida utilizada quando se apresenta como melhor alternativa que um banco de capacitores por serem estes de custo menor que os motores sncronos.


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QUESTES1. Qual a funo do campo magntico girante em um motor de induo trifsico? 2. Qual a funo da gaiola de esquilo colocado no rotor de um motor sncrono. 3. Como o motor sncrono pode corrigir o fator de potncia de um sistema?

4. Quais os tipos de excitatriz de um motor sncrono e como elas funcionam? 5. Quando um motor de induo trifsico est funcionando normalmente, por algum motivo se perde uma linha o campo magntico criado pelo estator continuara girando, explique sua resposta? 6. Qual o valor do escorregamento de um motor de induo trifsico na partida? 7. Qual o significado do torque de partida, mnimo, mximo e nominal na curva torque velocidade de um motor de induo trifsico? 8. Quais as categorias das curvas de torque de um motor de induo? Explique cada uma delas. Quais os tipos de motores monofsicos?

9.

10. Qual a funo da chave centrifuga em um motor monofsico de fase dividida? 11. Qual a funo de um capacitor de partida em um motor monofsico? 12. Quais as principais caractersticas de um motor sncrono?

EXERCCIOS13. Conhecendo a velocidade sncrona dos motores de 2, 4 e 6, plos, considerando todos esses motores com escorregamento nominal de 3%, determine a velocidade de rotao nominal do rotor para cada caso. 14. Uma ponte rolante de 25m de altura existe um motor que utilizado para levantar as cargas do solo, qual deve ser a potncia mnima desse motor para que ele possa levantar uma carga de 20 toneladas uma altura de 10m em 30 segundos. 15. Um motor de induo trifsico de 60Hz, 10cv, 220/380V , 4 plos. A velocidade nominal de giro do rotor de 1757RPM, informe o escorregamento, o torque nominal do motor em N.m e kgfm. 16. Um motor de induo trifsico de 60Hz, 10kw, 220/380V , 8 plos apresenta escorregamento nominal de 4% determine o torque nominal do motor em N.m e kgfm. 17. O mesmo motor do item anterior foi utilizado para levantar uma carga de 100kg a uma altura de 10m, em quanto tempo esse servio ser realizado.


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18. Um motor trifsico apresenta corrente de partida de 135A quando ligado em , qual ser a corrente de partida desse mesmo motor quando ele estiver ligado em Y. 19. Um motor sncrono de 60Hz, 10KVA, 220/380V , 6 plos. Determine a velocidade sncrona e a velocidade de giro do rotor. 20. A velocidade de giro de um motor sncrono de 1800RPM quando ele esta levando a sua carga nominal, qual ser a velocidade desse motor quando a carga reduzida pela metade.


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BIBLIOGRAFIA RECOMENDADAValkenburgh, Van. e outros - Eletricidade Bsica Traduo de Paulo Joo Mendes Cavalcanti - Vol. 5 RJ - Ao Livro Tcnico S. A 1982 Anzenhofer, Karl. Eletrotcnica para Escolas Profissionais Traduo de Walfredo Shmidt - 3 Edio Editora Mestre Jou S.P. 1980 Martignoni, Alfonso. Mquinas de corrente alternada Editora Globo 1970

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SITES RECOMENDADOSwww.weg.com.br www.feiradeciencias.com.br www.comotudofunciona.com.br www.wikipdia.com

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