Máquinas elétricas_Etapa 2

8/23/2019 Mquinas eltricas_Etapa 2

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APOSTILA DE MQUINAS ELTRICAS

Delirose Ramos Pgina 1

1 MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS

1.1 Introduo

Tambm chamadas de mquinas assncronas, so as mquinas maiscomumente encontradas na indstria, operando principalmente como motor.

O seu largo emprego justificado pela sua robustez (no existem partesque se desgastam facilmente, tais como comutador e escova), pelo seu baixocusto, pouca necessidade de manuteno e possibilidade de emprego empraticamente qualquer aplicao, incluindo ambientes hostis, ambientesexplosivos, ambientes com poeiras, aplicaes navais etc.

Em um passado no muito distante, o que limitava a utilizao dasmquinas de induo era a maior dificuldade na variao e controle da sua

velocidade no ser to fcil como no caso do motor de corrente contnua. Osmtodos clssicos de controle de velocidade - variao da tenso estatrica,comutao de enrolamento, variao da resistncia rotrica no caso demotores de anis, etc...- eram em geral pouco eficientes e apresentavambaixos rendimentos, o que representava uma sria desvantagem.

Porm, sistemas mais modernos empregam conversores estticos paraa variao da velocidade, sendo que estes permitem a variao simultnea datenso e da freqncia que so aplicadas ao estator ou ao rotor da mquina.

Estes mtodos so, assim, mais eficientes e convenientes; o seu custo,embora ainda alto, tem se mostrado bastante interessante quando comparados facilidades que o conjunto proporciona.

Princpio de funcionamento (Campo Girante)

Quando uma bobina percorrida por uma corrente eltrica, criado umcampo magntico dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional corrente.


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Na figura 1.10a indicado um .enrolamento monofsico. Atravessadopor uma corrente I, e o campo H criado por ela; o enrolamento constitudo de um par de plos (um plo .norte. e um plo .sul.), cujosefeitos se somam para estabelecer o campo H. O fluxo magnticoatravessa o rotor entre os dois plos e se fecha atravs do ncleo do

estator. Se a corrente I alternada, o campo H tambm , e o seu valora cada instante ser representando pelo mesmo grfico da figura 1.4b,inclusive invertendo o sentido em cada meio ciclo. O campo H .pulsante. pois, sua intensidade .varia. proporcionalmente corrente,sempre na .mesma. direo norte-sul.

Na figura 1.10b indicado um enrolamento trifsico., que transformadopor trs monofsicos espaados entre si de 120o. Se este enrolamentofor alimentado por um sistema trifsico, as correntes I1, I2 e I3 criaro,do mesmo modo, os seus prprios campos magnticos H1, H2 e H3.Estes campos so espaados entre si de 120o. Alm disso, como soproporcionais s respectivas correntes, sero defasados no tempo,tambm de 120o entre si e podem ser representados por um grficoigual ao da figura 1.6. O campo total H resultante, a cada instante, serigual soma grfica dos trs campos H1, H2 e H3 naquele instante.

Observando a representao da figura acima, no instante ( 1 ), a figura1.6, mostra que o campo H1 mximo e os campos H2 e H3 so negativos ede mesmo valor, iguais a 0,5. Os trs campos so representados na figura 1.11( 1 ), parte superior, levando em conta que o campo negativo representadopor uma seta de sentido oposto ao que seria normal; o campo resultante (somagrfica) mostrado na parte inferior da figura 1.11 ( 1 ), tendo a mesma direodo enrolamento da fase 1.

Repetindo a construo para os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da figura 1.6,observa-se que o campo resultante H tem intensidade .constante., porm suadireo vai .girando., completando uma volta no fim de um ciclo.Assim, quando um enrolamento trifsico alimentado por correntes trifsicas,cria-se um .campo girante., como se houvesse um nico par de plos girantes,de intensidade constante. Este campo girante, criado pelo enrolamento trifsicodo estator, induz tenses nas barras do rotor (linhas de fluxo cortam as barrasdo rotor) as quais geram correntes, e conseqentemente, um campo no rotor,de polaridade oposta do campo girante. Como campos opostos se atraem e


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como o campo do estator (campo girante) rotativo, o rotor tende aacompanhar a rotao deste campo. Desenvolve-se ento, no rotor, umconjugado motor que faz com que ele gire, acionando a carga.

Circuito Equivalente

Conforme podemos verificar na figura abaixo, o circuito equivalente deum motor de induo lembra o circuito equivalente de um transformador, sque agora, em vez de primrio e secundrio, os enrolamentos referem-se aorotor e ao estator. A principal diferena a resistncia varivel que varia emfuno do escorregamento.


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Impedncia equivalente do motor de induo:

Durante a partida, o valor da velocidade nominal do motor de induo muito prximo do valor da velocidade sncrona, o que resulta em umescorregamento igual a 1, essa diferena faz com que a impedncia durante apartida seja muito menor do que em regime permanente, essa diferena quefaz com que a corrente de partida seja muito maior do que a corrente nominal.

Velocidade sncrona do motor: Corresponde velocidade de rotao do

campo girante e dada pela frmula abaixo.

Ns Velocidade sncrona

f Frequncia

p Nmero de pares de polos

2p Nmero de polos

Escorregamento: Se o motor gira a uma velocidade diferente davelocidade sncrona, ou seja, diferente da velocidade do campo girante, oenrolamento do rotor .corta. as linhas de fora magntica do campo e, pelasleis do eletromagnetismo, circularo nele corrente induzidas. Quanto maior acarga, maior ter que ser o conjugado necessrio para acion-la. Para obter oconjugado, ter que ser maior a diferena de velocidade para que as correntesinduzidas e os campos produzidos sejam maiores. Portanto, medida que acarga aumenta cai a rotao do motor. Quando a carga zero (motor emvazio) o rotor girar praticamente com a rotao sncrona. A diferena entre avelocidade do motor n e a velocidade sncrona ns chama-se escorregamento s,que pode ser expresso em rpm, como frao da velocidade sncrona, ou comoporcentagem desta. A frmula do escorregamento dada a seguir.


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Ns Velocidade sncrona

N Velocidade do motor

Desta forma, a velocidade do motor pode ser dada por:

Velocidade angular do motor:

Potncias e Perdas do Motor de induo:

Potncia de

EntradaPerdas no

Ncleo

Potncia de

entreferro

Perdas no Cobre

do rotor

Perdas no Cobre

do estator

Perdas por

atrito

Perdas por

ventilao

Potncia mecnica

interna

Potncia de

Ponta de eixo


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Rendimento: em todo processo, o rendimento equivale relaodo valor de sada pelo valor de entrada. O mesmo ocorre no motor deinduo trifsico.

No motor de induo trifsico o rendimento mximo ocorrequando o mesmo opera a plena carga.

Torque eletromagntico: a medida do esforo necessrio paragirar um eixo. Para uma frequncia de alimentao fixa, o torqueeletromagntico do motor de induo trifsico ser diretamenteproporcional potncia de entreferro.


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Curva tpica de conjugado x velocidade:

Conjugado mximo e escorregamento mximo: o ponto de ocorrncia dotorque mximo (smaxT) depende diretamente do valor da resistncia do circuitodo rotor, mas o valor de Tem no depende. Isto sugere a possibilidade decontrole da caracterstica (Te x m) do motor de induo de rotor bobinado

(MIRB), atravs da insero de resistncias em seu circuito de rotor.


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1.2 Motores de Induo Trifsicos Aspectos Construtivos

Partes integrantes do estator:

1 Carcaa: a estrutura suporte do conjunto, de construo robustaem ferro fundido, ao ou alumnio injetado, resistente corroso e com aletas.

2 Ncleo de chapas: as chapas so de ao magntico, tratadastermicamente para reduzir ao mnimo as perdas no ferro.

8 Enrolamento trifsico: trs conjuntos iguais de bobinas, uma paracada fase, formando um sistema trifsico ligado rede trifsica de alimentao.

Partes integrantes do rotor:

7 Eixo: transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor. tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.

3 Ncleo de chapas: possuem as mesmas caractersticas das chapasdo estator.

12 Barras e anis de curto-circuito: So de alumnio injetado sobpresso numa pea nica.

Outras partes do motor:

4 Tampa

5 Ventilador

6 Tampa defletora

9 Caixa de ligao


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10 Terminais

11 Rolamentos

1.3 Obteno dos parmetros das mquinas de induo

De forma anloga ao transformador, tambm os parmetros da mquinade induo podem ser obtidos a partir de dois ensaios: o ensaio em vazio e oensaio com rotor bloqueado.

ENSAIO EM VAZIO

Os ampermetros medem a intensidade da corrente Io absorvida pelomotor da linha de alimentao, enquanto o voltmetro V efetua a medio da

tenso linha de alimentao. Neste ensaio devemos aplicar tenso efrequncia nominais no campo com a mquina em vazio e medir as correntesA1, A2, A3 a tenso V, a potncia absorvida W1 e W2. A potncia totaltrifsica ser a diferena entre a maior e a menor leitura dos wattmetros.

A corrente absorvida pela mquina trifsica Io ser considerada como amdia aritmtica das trs correntes.


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O campo da mquina a ser ensaiada poder estar conectada na ligaodelta ou estrela.

A potncia total absorvida pela mquina dada por:

O fator de potncia em vazio dado pela seguinte expresso:

Atravs do ensaio em vazio de uma mquina de induo a potnciaabsorvida dada pela seguinte equao:


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ENSAIO DE ROTOR BLOQUEADO (OU DE CURTO-CIRCUITO)

No possvel aplicarmos a tenso V nominal no motor, porque acorrente absorvida pelo motor com rotor bloqueado seria muito elevada e iriaqueimar seu enrolamento. Com isto, devemos aplicar uma tenso reduzidaV1cc cujo valor tal que faa o motor absorver a corrente nominal defuncionamento I. A tenso de curto circuito ser aproximadamente 25% datenso nominal. A corrente de linha I ser a mdia aritmtica das trscorrentes medidas.

Tomando em conta a possibilidade de ligar o campo estatrico podemoster:


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Wcc - a potncia trifsica medida no wattmetro.

O ensaio com rotor bloqueado efetuado com um valor de tensoaplicada baixo. O fluxo ser pequeno e as perdas no ncleo serodesprezveis. Devido a inexistncia de perdas devido ao atrito e ventilao, apotncia de entrada total considerada como perdas no cobre. No modo realas perdas no ferro existem, mas so mnimas.

A resistncia r2 pode ser encontrada determinando primeiramente r1atravs do ensaio em corrente contnua pelo mtodo voltmetro ampermetro.A potncia absorvida pelo ensaio de c.c. dada pela seguinte expresso:

Na equao acima o valor Wcc /f representa um valor reduzido devido atenso aplicada no ser a nominal.

O valor de r2 pode ser tambm obtido pela medio do conjugadomotor em repouso (Cp) mediante um brao de alavanca e uma balana. Com ovalor do conjugado disponvel podemos determinar r2e atravs da seguinteequao:

Atravs do diagrama equivalente aproximado podemos determinar aseguinte equao:


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Do circuito equivalente aproximado obtemos:

Para a condio de curto-circuito s=1 obtemos:

Na equao anterior obtemos a soma de x1+x2 . No existe nenhummtodo exato que separe estas duas reatncias. Esta separao obtida deum modo aproximado atravs da seguinte tabela prtica.


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1.4 Comando e Proteo de Motores de Induo Trifsicos

Partidas de motores de induo trifsicos

Os motores de induo trifsicos so afetados por dois tipos detransitrios:

Transitrios de Falta

Transitrios de Partida


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Os transitrios de falta so provocados por condies adversas aosistema, tais como Curto-circuito e abertura de elos dos circuitos.

Os transitrios de partida surgem cada vez que o motor acionado,gerando uma corrente de 4 a 8 vezes o valor da corrente nominal. Essa

caracterstica dos motores de induo trifsicos, para os casos de correnteelevada, costuma ter as seguintes conseqncias prejudiciais ao sistemaeltrico de alimentao:

Elevada queda de tenso;

Necessidade de superdimensionamento dos cabos e demaiscomponentes eltricos;

Por essas razes, as concessionrias limitam a utilizao da chave de

partida direta a potncias pr-estabelecidas de acordo com as formas em queos motores se encontram conectados rede. Nos casos em que asinstalaes so alimentadas diretamente atravs da rede de baixa tenso dasconcessionrias, a norma da NBR-5410, da ABNT, define a potncia mximade 3,7kW (5CV) dos motores para que utilizem chave de partida direta.

PARTIDA DIRETA

o mtodo de partida ideal para os motores e deve ser utilizado sempreque a sua utilizao no prejudicar o bom funcionamento dos demaiscomponentes do sistema aos quais estiver conectado o motor de induotrifsico. Essas condies so satisfeitas observando-se os itens abaixo:

Corrente do motor consideravelmente pequena em relao correntetotal da instalao;

O motor parte sem carga, reduzindo a sua corrente de partida.

A figura a seguir mostra o esquema eltrico trifilar de uma partida direta


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DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DA PARTIDA DIRETA

CDIGO DESCRIO IMAGEM I [A]

Q1 Disjuntor-Motor, Corrente

Nominal In, com bloco de

contato auxiliar 1 NA

K1 Contator Tripolar, Corrente



In Corrente nominal do motor

P Potncia nominal do motor

V Tenso nominal da rede de alimentao


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FP Fator de potncia do motor

Rendimento do motor

PARTIDA ESTRELA-TRINGULOEsse tipo de chave de partida realizado conectando inicialmente o

motor na configurao estrela at que o mesmo alcance uma velocidadeprxima da velocidade de regime, momento em que esta conexo desfeita e realizado o fechamento em tringulo, que permanecer em regimepermanente.

Durante a partida em estrela, o conjugado e a corrente de partida ficamreduzidos de 1/3 dos seus valores nominais. Desta forma, um motor somentepoder utiliza este dispositivo de partida se a sua carga permitir uma partidacom essas caractersticas. De modo geral, as chaves estrela-tringulo soutilizadas para partir motores em vazio.

Principais vantagens:

Custo reduzido;

Elevado nmero de manobras;

Reduo da corrente de partida (1/3 do valor nominal);

Baixas quedas de tenso durante a partida; Dimenses reduzidas (no necessita de auto-transformador).

Principais desvantagens:

Necessidade de motores com dupla tenso e seis terminais;

Maior custo com cabos eltricos;

Reduo do conjugado de partida (1/3 do valor nominal);


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ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO





K1 Contator Tripolar, Corrente I1,

com bloco de contato auxiliar 2

NA, Tenso de bobina V (deve

ser fornecida a tenso

monofsica do sistema)


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NA+2NF, Tenso de bobina V

(deve ser fornecida a tenso







D1 Rel temporizado na

energizao com 2NA

temporizados.

PARTIDA COMPENSADORA

Devido necessidade de utilizao de um auto-transformador, que ocupabastante espao nas instalaes, essa chave de partida tem sido poucoutilizada. Sua maior vantagem o torque de partida, que comparado com aestrela-tringulo consideravelmente maior. Dessa forma, utiliza-se o mtodode partida compensadora para motores que partem em carga.


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ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA

DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DA CHAVE COMPENSADORA





K1 Contator Tripolar, Corrente In,







NA, Tenso de bobina V (deve

ser fornecida a tenso



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D1 Rel temporizado na

energizao com 1NF

temporizados.

PARTIDA COM CHAVE DE PARTIDA SUAVE

Com esse tipo de partida possvel partir e parar em rampa, esses

equipamentos precisam ser parametrizados antes de sua utilizao.

Um detalhe importante a ser observado na utilizao de chaves de partida

suave (soft-start) o nmero de partidas por hora, cada fabricante possui um

nmero limite que, quando ultrapassado, acarreta na queima do equipamento.

Nos casos em que h a necessidade de um nmero de partidas maior,

recomenda-se a utilizao de inversores de freqncia.


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ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA

DIMENSIONAMENTO DOS COMPONENTES DA CHAVE DE PARTIDASUAVE





G1 Chave soft-start, Corrente

Nominal In.


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PARTIDA DE MOTOR COM ROTOR BOBINADO

A partida do motor de induo de rotor bobinado feita atravs daintroduo de resistores no circuito do rotor. Para se ter uma ao de controle

mais fina, normal o uso de vrios estgios.

Torque de partida elevado: reduo da corrente obtida pela insero deuma maior resistncia rotrica e no pela reduo da tenso aplicada aoestator, que permanece no valor nominal tcnica capaz de fornecer elevadostorques de partida, com correntes de partida relativamente pequenas,caracterstica muito adequada para aplicaes de elevado torque de partida ouelevada inrcia.

Clculo da resistncia externa: da equao que fornece o escorregamentopara mximo torque, incluindo os valores dos resistores externos ao de Rr tem-

se:


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1.5 Geradores de Induo Trifsicos

A velocidade do rotor de uma mquina de induo operando como motor sempre menor que a velocidade sncrona e seu escorregamento semprepositivo. A figura abaixo representa a curva do conjugado-rotao de umamquina de induo de gaiola convencional, observa-se que na condio Nr=Ns o conjugado desenvolvido pela mquina nulo.

Se fornecermos uma ao mecnica no eixo da mquina de induo nomesmo sentido de rotao de tal maneira que a velocidade rotrica ultrapassea velocidade sncrona, o conjugado desenvolvido por ela passa a ser negativo.Portanto, duas regies ficam bem definidas:

A - Na primeira, a velocidade rotrica menor que a velocidade do campomagntico. Ambas as rotaes tem o mesmo sentido. Nesta regio a mquinaopera como motor, recebendo a energia eltrica da rede e fornecendo energiamecnica em seu eixo.

B - Na segunda, a velocidade rotrica maior que a sncrona. O conjugadodesenvolvido pela mquina negativo e portanto, a mquina opera comogerador, isto , recebe energia em seu eixo mecnico e converte em energiaeltrica que pode ser entregue a rede.

A mquina de induo com a velocidade rotrica girando no mesmo sentido ecom uma intensidade maior que a velocidade sncrona se diz que a mquinaesta operando como gerador de induo, isto , est ocorrendo uma Gerao

Assncrona. O escorregamento e o conjugado so negativos.


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Mquina de induo trifsica funcionando como gerador ligado aosistema principal: A corrente em trnsito pelo enrolamento da armadura podeser analisada como formada por duas parcelas bem distintas.

Primeira parcela: A potncia reativa responsvel pela criao do campo girante fornecida por uma fonte externa.

Segunda parcela: O acionador mecnico acoplado a mquina de induo eser o responsvel para suprir as perdas da mquina de induo(perdaseltricas e mecnicas) e tambm da potncia restante disponvel para oconsumo.

Portanto, pode-se dizer que o gerador de induo s manipula potncias

ativas. Desta forma, o principal armazm de energia, que cria o campomagntico que atravessa o entreferro, gerenciado pela rede de fornecimentotradicional. Com isto, limitante para o gerador porque a tenso em seusterminais e a freqncia da corrente gerada so gerenciadas pela rede dealimentao da armadura. Desta forma, o gerador passa a no tergerenciamento sobre estas duas variveis, e a velocidade angular de seu eixomecnico est associada ao nvel de energia que convertida da formamecnica em energia eltrica. O gerador de induo deve estar ligado a umsistema eltrico que o gerente da gerao de energia eltrica. Se a tensonos terminais do gerador cair de valor, o gerador nada pode fazer por ela. Isto

vale, tambm para a freqncia do sistema sob gesto do referido gerente.

A figura abaixo mostra um gerador de induo ligado a um sistemaalimentando energeticamente o forno, tambm ligado ao sistema.

Mquina de induo trifsica funcionando como gerador com um banco

de capacitores ligado ao sistema principal: Na ligao do gerador de induoem um sistema de energia eltrica, o responsvel pelo fornecimento da


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potncia reativa, o qual criar o campo magntico o sistema eltricoconectado ao gerador. Esta energia fornecida ao campo magntico, paraarmazenamento, de natureza bem particular e pode, por associao com umbanco de capacitores de potncia reativa bem especificada, ser substitudo

pelo sistema, ficando para o banco de capacitor a tarefa de fornecerreativospara o gerador, ficando a mquina primria a tarefa de fornecer os ativos quesero convertidos em energia eltrica pelo gerador. uma condio bastanteinteressante porque o gerenciamento da tenso dos terminais e da freqnciaainda do sistema eltrico, porm este j no tem a tarefa de manter osarmazns do gerador.

A figura abaixo mostra um gerador de induo ligado a um sistema e aum banco de capacitores.

Na figura anterior, o sistema de energia eltrica ir atuar como gerente,o forno ser o consumidor de energia eltrica e o banco de capacitores ircompensar os reativos necessrios aos armazns do gerador.

Mquina de induo trifsica auto-excitada funcionando como geradorisolado do sistema principal. A mquina de induo trifsica chamada de

mquina auto-excitada operando como gerador. Esta a terceira condio defuncionamento do gerador de induo trifsico o qual opera como umamquina isolada. O banco de capacitores, ir compensar os reativos indutivosnecessrios pelos armazns do gerador. O gerador est desconectado dosistema e, portanto, o gerente da energia gerada da tenso dos terminais e, oque mais complexo, da freqncia do sinal da corrente gerada. Agora ogerador opera como uma unidade isolada e auto-excitada.


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Equaes do gerador de induo auto-excitado:

De um modo simplificado, o clculo de um banco de capacitoresresponsvel pela criao do campo magntico, pode-se chegar a um valormuito prximo do valor da capacitncia do banco de capacitores que levam amquina operao como gerador, para uma determinada tenso nosterminais e para uma determinada freqncia de operao.

A freqncia de operao bsica ser dada pela expresso:

A potncia reativa do banco de capacitores deve ser tal que,numericamente, se iguala s potncias reativas indutivas nos armazns deenergia, na forma de campo magntico presente na mquina. Uma mquina deinduo armazena energia nas disperses de fluxo presentes nas barras dorotor, nas disperses de fluxo presentes no enrolamento da armadura e nocircuito magntico responsvel pela magnetizao da estrutura magntica.Para simplificarmos o clculo ser considerado, unicamente, o armazm deenergia vinculado magnetizao da estrutura magntica.

Sendo Qc a potncia reativa capacitiva disposta pelo banco decapacitores e Qmag a potncia reativa indutiva solicitada pela estruturamagntica do gerador, para sua excitao, escreve-se:


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Como geralmente as geraes de energia eltrica so trifsicas e obanco vai trabalhar com trs capacitores em Y, resulta que cada capacitor responsvel por um tero da potncia reativa capacitiva inserida no circuito.

Os capacitores atuais nas freqncias industriais (50 e 60 hertz) temperdas desprezveis, assim podemos escrever:

Sendo Xc a reatncia capacitiva de um capacitor numa fase do Y, Vc atenso aplicada sobre o capacitor, que igual tenso de fase e relacionadacom a tenso de linha por raiz de 3.

Qc - Potncia reativa capacitiva disposta pelo banco em uma das fases.

Qmag- Potncia reativa indutiva solicitada pela estrutura magntca do gerador,para sua excitao.


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A tenso, em valor de pico, sobre cada capacitor do ramo Y, dada por:

O banco de capacitores colocado no estator de acordo com a figuraabaixo.

1.6 Manuteno de Motores de Induo Trifsicos

Os cuidados com o motor de induo trifsico iniciam antes mesmo deentrar em operao. Antes de coloc-lo em funcionamento, os seguintescuidados devem ser tomados:


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PRINCIPAIS ENSAIOS ELTRICOS

Medio da Resistncia de Isolamento

Finalidade : Verificar a condio do isolamento, e quando deseja-se umresultado quantitativo e o seu registro.

Procedimento : Para efetuar estas medies se faz necessrio o uso de umMegmetro, cujo fundo de escala deve ser no mnimo 500V. Deve-se juntartodos os terminais da mquina e conectar no terminal positivo (+) do aparelho,e o terminal negativo ( - ) na carcaa do motor. Aplicar a tenso de ensaiodurante 1 minuto e efetuar a medio da resistncia de isolamento.

Importante : Registros peridicos so teis para concluir se a mquina est ouno apta a operar.


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Medio do ndice de Polarizao

Finalidade : Verificar as condies da resistncia de isolamento, medindo aisolao do enrolamento em relao a massa metlica do motor. O motorestando limpo e em boas condies o IP alto, o motor com sujeira, umidade

e/ou graxa na bobinagem, o valor do IP baixo (De acordo com a tabela).Procedimento : Para efetuar esta medio necessrio o uso de umMegmetro. Aplicamos tenso contnua do Megmetro (2,5KV, ou de acordocom a capacidade do aparelho), e aps 1 minuto anotamos o valor daresistncia, continuamos com a medio aps 10 minutos, anotando o novovalor. O ndice de Polarizao dado pela frmula :

Medio de Resistncia hmica:

Finalidade : Verificar se o valor da Resistncia est equilibrada e/ou de acordocom a especificao de fbrica

Procedimentos: necessrio ter em mos um Multiteste ou Ponte Kelvin ouPonte de Wheatstone. Deve-se medir as resistncias de fase, e verificar oequilbrio. Esta medio deve ser feita antes da impregnao. O desequilbrio

de resistncias no deve ser superior a 5%, conforme equao abaixo :


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Teste da Corrente em Vazio

Finalidade : Verificar a relao de corrente entre as fases e seu equilbrio.

Procedimentos : Deve-se ligar o motor em vazio na sua tenso e freqncianominais, para isso necessrio um painel de teste ou fonte de alimentao; everificar o equilbrio das correntes, conforme equao abaixo:

Causas: O desequilbrio de correntes pode ser ocasionado em funo dodesbalanceamento da rede de alimentao, ou da bobinagem incorreta.

Limites: Para motores IV, VI e VIII plos, este desequilbrio no deve excederao limite de 10% (DI 10%). Para motores II plos, o desequilbrio mximoadmissvel de 20% (DI 20%).

Teste de Tenso Aplicada

Finalidade : Verificar falha no isolamento do motor,e se h fuga de correntepara a massa.

Procedimentos: Deve-se ter um transformador monofsico (3KV) ou HI POT. Juntar os terminais do motor e conectar um terminal do equipamento aoscabos do motor e o outro carcaa. Ajustar gradativamente a tenso de testenum intervalo de 60 segundos (1000V + 2 x tenso nominal do motor) e deixaraplicada por mais 60 segundos. A falha no isolamento ser detectada sehouver fuga de corrente para a carcaa (choque). O defeito ser detectado

atravs da deflexo do ponteiro do voltmetro; Este ensaio tambm tem o


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objetivo de avaliar a condio de resistncia do isolamento dos motores,portanto pode ser suprimido, caso a resistncia j tenha sido verificada.Este teste no deve ser repetido com freqncia, pois danifica o materialisolante.

Loop Test

Finalidade: O Loop-Test tem como objetivo testar o ncleo magntico doestator, antes de rebobinar um motor, para verificar se h ponto quente noncleo de chapas.

O que um ponto quente e qual sua conseqncia?

Caso o isolamento eltrico existente entre as lminas do estator seja danificadoem algum ponto (devido a um curto -circuito dentro da ranhura, por exemplo),ocorrer um aumento muito grande das correntes parasitas naquele ponto,provocando um superaquecimento. Ou seja, aparecer um ponto quente noncleo de chapas. Se um motor que apresenta ponto quente for rebobinado,quando estiver operando com carga ir apresentar aquecimento anormal dacarcaa, podendo sobreaquecer tambm os rol amentos (devido a maiordificuldade em dissipar seu calor). Como consequncia, em pouco tempopoder ocorrer falha do rolamento e/ou nova queima do motor. Saliente -se que

o ponto quente ir sobreaquecer o motor praticamente sem aumentar acorrente, e nesse caso o rel trmico no proteger o motor.

Quando deve ser feito o Loop -Test?

O loop-test deve ser feito sempre que um motor queimado apresentarcaractersticas de possvel danificao do isolamento entre lminas do estator.

Como exemplos dessas caractersticas podemos citar :

Curto-circuito dentro da ranhura ou na sada da ranhura, provocado por falhado material isolante; Curto-circuito dentro da ranhura, provocado pelo motor arraste do rotor; Marcas de arraste do rotor no estator, mesmo que o arraste no tenhaprovocado curto -circuito dentro da ranhura; Sobrecarga violenta, provocando carbonizao do material isolante.


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Exerccios

1) A maioria dos defeitos dos motores de induo trifsicos de gaiolaocorre:a) Nos mancais;b) Nas cabeas dos enrolamentos;c) Nas barras da gaiola;d) No ventilador de resfriamento;e) Nos terminais dos enrolamentos;

2) Em uma rede trifsica de 220V, 60Hz, ser instalado um motor trifsicode gaiola, cuja placa informa, entre outros, os seguintes dados:

Tenso: 220V

Potncia: 15kWFator de Potncia: 0,87Rendimento: 92,3%Velocidade: 1760rpmCorrente de partida/corrente nominal: Ip/In = 8,0

Com o objetivo de liminar a corrente na linha durante a partida do motor,optou-se pelo uso de uma chave estrela-tringulo.

Sabendo-se que o motor ser o nico equipamento instalado nesta rede,a corrente na linha durante o seu processo de partida atingir valores nafaixa de:a) 55 a 84 ampres;b) 85 a 114 ampres;c) 115 a 144 ampres;d) 145 a 174 ampres;e) 175 a 204 ampres;

3) Um motor de induo de 50HP tem, plena carga, as seguintescaractersticas: rendimento 85%; fator de potncia 0,9. A correntesolicitada da rede, quando estiver operando plena carga, alimentandoem 440V, ser aproximadamente:a) 64A;b) 73A;c) 82A;d) 85A;e) 90A;


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4) Um motor de induo trifsico, de rotor bobinado, 8 plos, 60Hz, 200V,possui 25% do nmero de espiras por fase do estator no rotor. O estatore o rotor so, ambos, ligados em Y, e o rotor tem seus terminaistraduzidos a anis coletores. Se o rotor gira a uma velocidade 864 rpm,

a tenso e a freqncia correspondente, nos anis coletores do rotor,so, respectivamente:a) 20V e 2,4Hz;b) 50V e 5,4Hz;c) 50V e 2,4Hz;d) 20V e 5,4Hz;

5) Devido a sua simplicidade e ao aspecto econmico, as mquinas deinduo comeam a ocupar espao tambm na gerao de energia

eltrica. Quando a mquina de induo opera como geradorassncrono, pode-se afirmar que:a) Ela no poder ter rotor em gaiola de esquilo;b) Ela no poder ser usada para alimentar uma carga isolada;c) Ela necessita de reativos externos para gerar seus campos

magnticos;d) Ela funciona com escorregamento maior que um;

6) Para reduzir a corrente de partida de um motor trifsico, deve-se usar

uma chave estrela-tringulo ou uma chave compensadora com taps de65% da tenso de entrada. A chave estrela-tringulo e a chavecompensadora reduzem a corrente de partida, respectivamente, em:a) 33% e 42%;b) 58% e 80%;c) 33% e 80%;d) 58% e 42%;

7) Considerando a figura abaixo, que mostra as curvas caractersticas da

relao entre grandezas de um motor de induo trifsico em funo doseu escorregamento s, julgue os itens que se seguem:

I A condio de rotor bloqueado na figura corresponde ao valor deescorregamento nulo.II A curva W representa a potncia fornecida ao eixo do motor emfuno do escorregamento.III Para escorregamento igual a 0,5, a situao de operao em regimepermanente desse motor inadequada.

IV A caracterstica X representa o conjugado desenvolvido no eixo domotor em funo do escorregamento.


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Esto certos apenas os itens:a) I e II;b) I e IV;c) II e III;d) III e IV;

8) Considere que um motor de induo trifsico, 4 plos, tenha sido

projetado para funcionar em uma rede cuja freqncia igual a 60Hz.Considere ainda que, quando em operao, acionando uma carga, omotor desenvolve velocidade igual a 1750rpm. Nessa situao, afreqncia das correntes do rotor em Hz, encontra-se na faixa de:a) 0,58 a 0,98;b) 1,21 a 1,54;c) 1,61 a 1,86;d) 1,91 a 2,16;

9) A respeito da velocidade do motor de induo, podemos afirmar que:a) Independe da carga aplicada no seu eixo;b) Varia 20% a plena carga;c) Precisa de um dispositivo auxiliar de partida para transformar

corrente alternada em contnua;d) Varia ligeiramente com a carga aplica ao eixo em condies normais;

10) O estator de um motor de induo de rotor enrolado, trifsica, de 6plos, ligado eletricamente a um sistema trifsico de 60Hz, e seu rotor

acoplado mecanicamente a um motor sncrono de 2 plos, cujo estator ligado a um sistema trifsico de 50Hz. Considerando que o motor


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sncrono pode girar no sentido horrio ou anti-horrio, determine asfreqncias mnima e mxima, induzidas no rotor do motor de induo,que podem aparecer entre seus anis. A resposta correta :a) 50Hz e 120Hz;

b) 60Hz e 180Hz;c) 90Hz e 210Hz;d) 180Hz e 240Hz;

11) Considere um motor de induo de gaiola de 60Hz, 220V, 4 plos,desenvolve um conjugado interno mximo de 175 Newton metros.Determinar o conjugado interno mximo que este motor desenvolveria,em Newton metros, quando ligado em 50Hz, com a mesma tenso eresistncia do estator desprezada. A resposta correta :a) 175;

b) 180,2;c) 225;d) 252;

12) correto afirmar sobre Fator de Servio:a) Indica a carga mxima que pode ser aplicada ao motor;b) De 1,15 indica que este pode ser usado continuamente sob tenso e

freqncia nominais, com uma sobrecarga de 15%;

c) De 1,10 indica que o motor foi projetado para funcionar somente napotncia nominal;d) a capacidade de sobrecarga momentnea;

13) Um motor de induo trifsico de 10HP, 380V, ligado em estrela, 60Hz ereatncia de 2,65 ohms por fase. Quando acionado velocidadesncrona, desenvolve um conjugado igual a:a) 40;b) 6,33;

c) 0;d) 19,63;

14) Um motor eltrico de induo trifsico de 25CV, 380V, opera a plenacarga com rendimento de 90%. A relao entre a potncia ativa e apotncia aparente absorvida pelo motor 0,8. A corrente eltricaabsorvida pelo motor, em ampre, aproximadamente:a) 25;b) 32;

c) 39;d) 46;


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e) 53.

15) Um motor eltrico de induo trifsico possui corrente nominal de 50A.Ento, a ordem de grandeza das correntes de partida, com partida direta

e por meio de uma chave de partida estrela-tringulo, so mais bemrepresentadas por:a) 100A e 50A;b) 150A e 50A;c) 150A e 100A;d) 300A e 100A;e) 600A e 200A.

16) A potncia mecnica de um motor eltrico de induo trifsico,alimentado com tenses simtricas e balanceadas de 200V, operandocom fator de potncia 0,8 e rendimento de 70%, e absorvendo 20A, de, em kW, aproximadamente:a) 3,8;b) 4,2;c) 4,6;d) 4,8;e) 5,2.

17) Um motor de induo trifsico de 440V e 50CV tem fator de potncia0,90 e opera com rendimento de 85%. A sua corrente nominal vale,aproximadamente:a) 16A;b) 32A;c) 46A;d) 63A;e) 82A.

18) Um motor com grau de proteo IP54 :a) Fechado e protegido contra toque apenas dos dedos, penetrao de

corpos slidos apenas acima de 50mm e respingos de gua apenasna vertical;

b) Fechado e protegido contra qualquer toque, acmulo de poeiras erespingos de gua de todas as direes;

c) Aberto e protegido contra toque acidental apenas com a mo,masno protegido contra qualquer tipo de respingo de gua;


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d) Aberto e protegido contra qualquer tipo de respingo de gua, masno protegido contra toques acidentais com a mo, dedos ouferramentas;

e) Aberto e no oferece proteo alguma contra qualquer tipo de toque

e qualquer tipo de respingo de gua.

19) Considere um motor de induo de 4 plos alimentado por uma linha de660V, 3 fases, 60Hz girando a 1728rpm. Qual o valor doescorregamento plena carga?a) 1%;b) 2%;c) 3%;d) 4%;

20) Quando da utilizao de uma chave estrela-tringulo para partida deuma mquina motora, seu conjugado em relao aos seus valoresnominais fica reduzido a:a) 25%;b) 33,33%;c) 50%;d) 66,66%;

21) Uma bomba de irrigao trabalha com um motor de induo eltricotrifsico, de 75CV, 440V, fator de potncia 0,8 e rendimento de 95%. Ovalor da corrente nominal, de linha, em ampres :a) 72,80;b) 95,30;c) 117,07;d) 156,81;

22) A fim de suavizar os efeitos da partida de motores eltricos, umaalternativa a utilizao da chave compensadora. Caso se faa aopo da utilizao do tap de 80%, o conjugado de partida ficarreduzido relativamente ao valor nominal de:a) 64%;b) 80%;c) 20%;d) 40%;

23) Um motor de induo trifsico, conectado em Y, com 4 plos, 30CV,60Hz, alimenta uma carga que requer um conjugado de 124Nm a


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1.714rpm. Nestas condies, as perdas do motor so conhecidas comosendo:Perdas no cobre do estator = 1.051WPerdas no cobre do rotor = 1.302W

Perdas no ncleo =398WPerdas rotacionais = 459W

Para esta condio, determine a potncia transferida atravs doentreferro.

a) 24.853,64W;b) 23.371,58W;c) 22.889,53W;d) 24.191,59W;

e) 23.853,58W.

24) Um motor de induo trifsico de 12 plos, 380V, 60Hz, comescorregamento de 4%, apresenta uma velocidade de rotao do rotorde:a) 600 rpm;b) 596 rpm;c) 560 rpm;d) 576 rpm;

25) Um motor eltrico trifsico de induo, 25CV, 4 plos, rendimentonominal de 85%, fator de potncia de 0,83 indutivo, trabalha nasseguintes condies:

Tenso de linha mdia das fases de 381V

Corrente de linha mdia de 30AO carregamento operativo para este motor, nestas condies, deaproximadamente:

a) 45%;b) 50%;c) 65%;d) 76%;e) 85%.

26) Sobre os motores de alto rendimento, INCORRETO afirmar:

a) Possuem baixo fator de enchimento das ranhuras, garantindo melhordissipao do calor produzido pelas perdas internas;


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b) Operam em temperaturas inferiores s dos motores convencionais,permitindo maior capacidade de sobrecarga;

c) Utilizam chapas de ao silcio de qualidade superior que reduzem acorrente de magnetizao e aumentam o rendimento do motor

d) Usam maior quantidade de cobre nos enrolamentos, diminuindo asperdas Joule;e) Destinam-se a aplicaes em regime contnuo de operao e

apresentam fator de servio normalmente superior a 1,10.

27) Se dois motores trifsicos com rotor bobinado e mesmas potnciasnominais, um com freqncia nominal de 50Hz e o outro de 60Hz,soligados com as freqncias invertidas, INCORRETO afirmar:

a) A corrente de carga nos dois motores, na situao de troca defreqncia, no varia;

b) A potncia mecnica do motor de 50Hz, ligado em 60Hz no varia;c) A velocidade nominal nos dois motores, na situao de troca de

freqncia, no alterada;d) A relao entre o conjugado mximo e o conjugado nominal do motor

de 60Hz, ligado em 50Hz aumenta;e) A corrente de partida do motor de 50Hz, ligado em 60Hz diminui em

17%.

28) Um motor de induo trifsico de 20 plos, 60Hz,apresenta umavelocidade nominal em plena carga de 342rpm. Qual oescorregamento dessa mquina a plena carga?

a) 6%b) 7%c) 8%d) 5%

e) 2%

29) Um motor eltrico de induo trifsico apresenta em sua placa deidentificao um grau de proteo IP21, que significa:

a) Proteo contra corpos estranhos de dimenses acima de 12mm epingos de gua at a inclinao 15 com a vertical.

b) Proteo contra corpos estranhos de dimenses acima de 50mm epingos de gua at a inclinao 60 com a vertical

c) Proteo contra corpos estranhos de dimenses acima de 10mm epingos de gua at a inclinao 25 com a vertical


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d) Proteo contra corpos estranhos de dimenses acima de 20mm epingos de gua at a inclinao 55 com a vertical

e) Proteo contra acmulo de poeiras prejudiciais ao motor e jatos degua de todas as direes.

30) Um motor de induo trifsico com 6 plos alimentado por uma fontede tenso trifsica com uma freqncia de 60Hz. Se o rotor gira nomesmo sentido do campo girante em uma velocidade de 500 rpm, correto afirmar que a frequncia da corrente induzida no rotor de:

a) 35 Hzb) 120 Hzc) 60 Hzd) 50 Hz

GABARITO

1 A 7 C 13 C 19 D 25 D

2 C 8 C 14 C 20 B 26 A

3 A 9 D 15 D 21 B 27 C

4 A 10 C 16 A 22 A 28 D

5 C 11 D 17 D 23 E 29 A

6 A 12 B 18 B 24 D 30 B


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2 MQUINAS SNCRONAS

2.1 Introduo

uma mquina cuja velocidade mecnica, em regime permanente, estrelacionada freqncia das tenses e correntes que circulam em regimepermanente no seu enrolamento de armadura pela seguinte equao:

Ou seja, em regime permanente operam velocidade e frequnciaconstantes.

As mquinas sncronas podem ser de dois tipos:

POLOS LISOS : operam com velocidades elevadas (mquinas acionadas porturbinas a gs ou a vapor) e possuem baixo nmero de plos.

POLOS SALIENTES : operam com velocidades reduzidas (mquinasacionadas por turbinas hidrulicas) e possuem alto nmero de plos


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ENROLAMENTO DE ARMADURA alimentado por corrente alternada, usualmente trifsico distribudo em ranhuras na periferia do estator.

ENROLAMENTO DE CAMPO alimentado em corrente contnua. usualmente encontrado: Distribudo em ranhuras no rotor das mquinassncronas de polos lisos ou Concentrado nas mquinas de polos salientes. girante e alimentado atravs de anis deslizantes e escovas.

Alm dos enrolamentos de armadura e de campo, a mquina sncronapossui barras amortecedoras no rotor, que atuam durante os transitrios das

mquinas. Estas barras atuam como a gaiola do motor de induo durante apartida da mquina sncrona, criando um conjugado de partida.


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Exerccios

1) Motores sncronos de induo, monofsicos, de plos salientes, sonormalmente chamados de motores:

a) Subsncronos;b) De histerese;c) De relutncia;d) De corrente contnua;e) Supersncronos.

2) Quando uma mquina sncrona fornece energia ativa e energia reativa aum barramento, est funcionando como:

a) Motor capacitivo;

b) Motor indutivo;c) Gerador indutivo;d) Gerador capacitivo;e) Gerador resistivo.

3) Assinale a opo INCORRETA com relao a mquinas sncronas.a) Esse tipo de mquina no apresenta um comutador como um

gerador CC;b) Os enrolamentos da armadura nessas mquinas ficam,

normalmente, no estator;c) Dependendo do tipo de construo, o rotor dessas mquinas

pode ser do tipo plos salientes ou do tipo rotor cilndrico (ploslisos);

d) Essas mquinas operam freqncia sncrona em regimepermanente;

e) Esse tipo de mquina utilizado somente como gerador.

4) Um motor sncrono trifsico:

a) Requer a instalao de capacitores integrados para melhoria dorendimento;

b) Possui alto fator de potncia e tem comportamento de cargaindutiva;

c) Pode operar com o rotor com alto escorregamento;d) Possui altos torques de partida e mximo;e) Pode contribuir para corrigir o fator de potncia de uma

instalao.


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5) Uma mquina sncrona elementar composta por trs enrolamentos noestator, defasados de 120, e um enrolamento no rotor alimentado emcorrente contnua. A respeito desse tipo de mquina, afirma-se que:

I Os motores sncronos possuem os chamados enrolamentosamortecedores, devido inexistncia de torque na partida;II - A tenso do estator em vazio denominada tenso de excitao;III A freqncia de variao do fluxo em uma bobina do rotor depende donmero de plos da mquina.

Est(o) correta(s) a(s) afirmativa(s)

a) I, somente;b) I e II,somente;

c) I e III, somente;d) II e III, somente;e) I, II e III.

6) Um gerador sncrono a diesel tem 36 plos. Qual deve ser a velocidadede rotao, em RPM, para que a freqncia da tenso de sada sejaigual a 60 Hz?

a) 3600;b) 1800;c) 900;d) 450;e) 200.

7) Mquinas eltricas sncronas podem ser utilizadas para corrigir o fatorde potncia de sistemas eltricos, isto , podem operar de forma que areatncia equivalente vista de seus terminais seja equivalente a de umcapacitor. Considere o circuito equivalente monofsico de uma mquinasncrona, mostrado na figura abaixo. Para que a impedncia

equivalente vista dos terminais MN seja dej0,4 ohms, o valor da tensoVE deve ser:

a) 0;


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b) VT/2;c) VT;d) 3VT/2;e) 2VT.

8) Um alternador trifsico com 80 plos est sincronizado a um sistemaeltrico de potncia que opera freqncia sncrona igual a 60 Hz. Avelocidade mecnica, em rpm, desenvolvida por esse gerador a fim deatender ao requisito de freqncia eltrica do sistema igual a:

a) 60;b) 80;c) 90;d) 120;

9) Um gerador sncrono trifsico de 60 Hz, 6 plos, alimenta um motor deinduo de 4 plos, com escorregamento de 5%. As velocidades dogerador e do motor,em rpm, so, respectivamente:

a) 1200 e 1800;b) 1200 e 1710;c) 1200 e 1770;d) 1800 e 1750;

10) A mquina sncrona pode ser de dois tipos:armadura estacionria ouarmadura girante. Qual dos itens abaixo NO representa umavantagem da utilizao de armadura estacionria em relao armadura girante?

a) Resistncia aumentada dos dentes da armadura;b) Reatncia de armadura aumentada;c) Menor nmero de anis coletores;d) Melhoria do isolamento;e) Peso e inrcia do rotor reduzido.

11) Um gerador de energia eltrica sncrono de 60 Hz movido a dieselfunciona a 200 rpm. O nmero de plos desse gerador :

a) 16;b) 36;c) 96;d) 120;

e) 240.


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12) H uma diferena marcante na aparncia externa entre alternadores(mquinas primrias):

correto afirmar que:a) A mquina (I) tem plos cilndricos e trabalha em baixa

velocidade e a mquina (II) trabalha em alta velocidade;

b) A mquina (I) tem plos salientes e trabalha em baixa velocidadee a mquina (II) trabalha em alta velocidade;c) A mquina (I) tem plos salientes e trabalha em alta velocidade e

a mquina (II) tem plos cilndricos (lisos);d) Estas duas mquinas, (I) e (II), trabalham em qualquer

velocidade;e) Sem inspecionar o interior das duas mquinas no h como

definir as respectivas velocidades de trabalho.

13) O que aconteceria a um gerador sncrono se ele perdesse o

sincronismo?a) Aceleraria, podendo atingir velocidades perigosas;b) Reduziria a tenso e a freqncia geradas;c) Manteria a velocidade do seu rotor, mas poderia vir a queimar;d) Reduziria sua velocidade at parar, podendo vir a queimar;e) Um gerador sncrono no pode perder o sincronismo.

14) As alternativas a seguir referem-se a um motor sncrono trifsico,

EXCETO:

a) Eles partem como motores de induo, tendo o seu campoalimentado por corrente cc quando atingem velocidade prximada velocidade sncrona;

b) Quando perdem o sincronismo aceleram e podem atingirvelocidades perigosas;

c) Trabalham com velocidade constante, independente da carga noseu eixo, desde que no ultrapasse a capacidade mxima damquina;


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d) Apresentam campo magntico girante produzido por correntesalternadas trifsicas que alimentam o seu estator;

e) O torque eletromagntico atua no mesmo sentido de rotao damquina.

15) Com relao ao gerador sncrono, quando se acrescenta uma carga RLnos seus terminais:

a) A freqncia e a tenso permanecem constantes;b) A freqncia aumenta e a tenso diminui;c) A freqncia diminui e a tenso aumenta;d) A freqncia e a tenso diminuem;

16) Sobre o motor sncrono, quando est sub-excitado, ele se comportacomo:

a) Um capacitor;b) Um indutor;c) Um transformador;d) Um resistor;

GABARITO

1 C 5 E 9 B 13 A 172 C 6 E 10 B 14 B 18

3 E 7 D 11 B 15 A 19

4 E 8 C 12 B 16 C 20

Máquinas elétricas_Etapa 2

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