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Page 1: Maquinas Sincronas

2015/2

Universidade Federal de São João de Rei

Curso de graduação em Engenharia Elétrica

Máquinas Elétricas I

Aula XII

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Entendimento Sistêmico

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Aula passada

• Prova

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Entendimento Sistêmico

Tópicos abordados

• Efeitos da resistência de rotor na característica de Torque e no desempenho do motor

• Projetos especiais de gaiola

• Classes de aplicação dos motores

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Entendimento Sistêmico

Em operação normal, é interessante que a resistência do rotor seja a menor possível – menores perdas Resistência de rotor pequena leva a baixo torque e elevadas correntes na partida Resistência do rotor deve então satisfazer compromisso entre torque de partida e rendimento

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Motor com rotor bobinado

Resistência externa para aumentar torque de partida

2'MaxT exts k R R

Possibilidade de torque máximo na partida

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Resistência externa pode ser retirada gradativamente – torque máximo durante toda a aceleração

Grande parte do calor é gerado externamente – facilidade de refrigeração

Possibilidade de controlar a velocidade do motor

Problema de custo

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Motor com rotor em gaiola

Não se tem acesso aos terminais do motor – impossibilidade de adicionar resistência externa

Inicialmente pode-se imaginar um rotor com barras de resistência equivalente alta ou baixa

Baixa resistência – Bom rendimento

Alta resistência – Torque de partida elevado

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Como conseguir os 2 objetivos?

A frequência das grandezas no rotor varia com a velocidade do motor

Com disposições e formatos adequados para as barras, os rotores em gaiola podem ser projetados de modo que suas resistências efetivas, a 60 Hz, sejam diversas vezes superiores à resistência em frequências mais baixas

R ef sf

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Rotor com barras profundas

A indutância de dispersão da camada da base é maior que da camada do topo

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Todas as partes das barras estão conectadas em paralelo – modelo de circuitos RL em paralelo

1 2 3L L L L

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• n = nnom

1 12 RX f L

Escorregamento baixo – frequência no rotor é pequena

2 22 RX f L

3 32 RX f L

R

2 RX f L

Distribuição uniforme da corrente por toda a área da seção da barra

Resistência efetiva baixa

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• n = 0

Escorregamento unitário – frequência no rotor elevada

Reatâncias se tornam consideráveis

1 2 3X X X X

Corrente se distribui preferencialmente nas camadas superiores

Redução da área efetiva para passagem de corrente

Aumento da resistência efetiva

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Profundidade das barras pode ser projetada para ter uma resistência efetiva muito maior na partida que em operação nominal

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Rotor em gaiola dupla

A barra superior tem seção reta menor e, consequentemente, tem resistência mais elevada

Na partida, a corrente está concentrada na parte superior, assim Rbarra = Rbarra_superior

Quando o motor acelera, a corrente

se distribui de maneira mais uniforme e Rbarra = Rbarra_superior em paralelo com Rbarra inferior

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L’2 – Indutância por fase da barra superior

L’’2 – Indutância por fase da barra inferior

R’2 – Resistência por fase da barra superior

R’’2 – Resistência por fase da barra inferior

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Classes de aplicação

Utilizando variações entre rotores de gaiola simples, com barras profundas e gaiola dupla os motores de indução podem ser projetados para terem diversas características de funcionamento

Diversos modelos padronizados estão disponíveis para atender a diferentes exigências de partida e funcionamento

Conforme as suas características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga

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Categoria N – são os motores de uso geral, isto é, aqueles que tem torque e corrente de partida normais e baixo escorregamento em operação normal. Aplicações típicas: ventiladores, bombas e máquinas ferramentas.

Categoria D – Motores de torque de partida alto, corrente de partida normal e escorregamento maiores que 5 %. Aplicações típicas: cargas que apresentam picos periódicos e que necessitam de alto torque de partida com corrente de partida limitada tais como elevadores e pontes rolantes.

Categoria H – Motores projetados para que produzam torque de partida elevado, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Aplicações típicas: cargas de inércia elevada como correias transportadoras e moinhos

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NEMA

Classe A – Usualmente possuem rotor de gaiola simples de baixa resistência. Bom desempenho em condições nominais, Baixo escorregamento (menor que 5%) e rendimento elevado. Corrente de partida elevada (5 a 8 vezes In). Torque de partida normal (1,5 a 1,75 vezes torque nominal).

Classe B – Motor com rotor em barras profundas. Aproximadamente mesmo torque de partida da classe A, mas com a corrente de partida menor. Torque máximo inferior ao da classe A. Baixo escorregamento.

Classe C – Utiliza a gaiola dupla. Baixa corrente de partida. Torque de partida elevado. Escorregamento mais elevado que os classe A e B.

Classe D – Normalmente em gaiola simples e rotor de alta resistência. Torque de partida elevado. Corrente de partida reduzida. Escorregamento elevado, baixo rendimento.

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NEMA

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Exemplo O circuito aproximado de um MIT 60 Hz, 1710 RPM, gaiola dupla é mostrado. As impedâncias de rotor bloqueado são Gaiola externa: 4 +j1,5 Gaiola interna: 0,5 + j4,5 Desprezando R1 + jX1

a) Determine a razão entre as correntes das gaiolas internas e

externas na partida e em velocidade nominal

b) Determine o torque de partida em relação ao nominal

c) Determine a razão entre os torques de cada gaiola na partida e nominal