05_Dimensionamento do motor trifásico

Texto

(1)FACULDADE SENAI DE TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL. AEM PÓS GRADUAÇÃO ACOPLAMENTO MECÂNICOS E DIMENSIONAMENTO DO MOTOR TRIFÁSICO DE CORRENTE ALTERNADA. PROF° MS: VOLPIANO.

(2) O motor de corrente alternada trifásico possui a função de converter de forma eficiente a energia elétrica em energia mecânica, é composto por uma peça fixa chamada estator onde são montados os três enrolamentos trifásicos, e uma peça móvel chamada rotor, que possui um conjunto de barras conectadas em curto-circuito.. (Manual de motores Weg) acessado em (www.weg.net/br).

(3) Rotação Síncrona (Ns) em (rpm) É a rotação do campo magnético girante, a qual depende do número de pólos (np) do motor e da frequência (f) da rede.. 120 . f Ns = np. → ( rpm ). A rotação síncrona de um motor de 2 pólos em 50Hz será: Ns =. 120 . f 120 . 50 → Ns = → Ns = 3000 rpm np 2. A rotação síncrona de um motor de 2 pólos em 60Hz será: Ns =. 120 . f 120 . 60 → Ns = → Ns = 3600 rpm np 2.

(4) Escorregamento (S) O escorregamento mede a diferença entre a rotação síncrona do campo girante (Ns) e a rotação mecânica do rotor (Nr), pode ser expresso em rpm ou como fração da rotação síncrona, ou como porcentagem desta S rpm = Ns − Nr S=. Ns − Nr Ns.  Ns − Nr  S% =   . 100 %  Ns . EXEMPLO: Qual o escorregamento porcentual de um motor de 6 pólos, 60Hz, se a rotação mecânica no eixo do rotor for igual a 1150 rpm ? Ns =. 120 . f 120 . 60 → Ns = → Ns = 1200 rpm np 6.  Ns − Nr  S% =   . 100 %  Ns   1200 − 1150  S% =   . 100% → S % = 4 ,17 % 1200  .

(5) Velocidade mecânica no rotor Nr = (1 − S ) . Ns → rpm Exemplo A rotação síncrona de um motor é igual a 900 rpm, sabendo que o escorregamento é igual a 3% calcule a rotação mecânica no rotor.. Nr = (1 − S ) . Ns. Nr = (1 − 0 ,03 ) . 900 → Nr = 873 rpm.

(6) Curva do conjugado versus rotação. Com base em (WEG, 2016).

(7) Equações eletromecânicas do motor Potência mecânica Tm ( Nm ) . wrotor ( rd / s ) Pmec ( cv ) = 736. Torque Pmec ( cv ) . 736 Tm ( Nm ) = wrotor ( rd / s ). Rendimento Pmec ( cv ) . (736 ) η motor = P ( kW ). Corrente nominal Inm = IL =. Pmec ( cv ) . (736 ). 3 . VL .η motor .cos (ϕ motor ). Conversão de unidades Tm ( Nm ) Tm ( kgfm ) = 9 ,81 wrotor ( rd / s ) = NR ( rpm ) .. π 30.

(8) Triângulo das potências do motor Potência ativa Pmotor ( kW ) =. Pmec ( cv ) . (736 ). η motor. Potência aparente S motor ( kVA) =. Q motor. Pmotor ( kW ) cos (ϕ motor). Fator de potência Fp = cos (ϕ motor) =. Pmotor ( kW ) S motor ( kVA). Ângulo da carga. ϕ motor = acos (Fp ) Potência reativa do motor. Qmotor ( kvar ) = Smotor ( kVA) . sen (ϕmotor ). P motor.

(9) Exemplo de aplicação Um motor de 15 CV seis pólos esta conectado em uma rede de alimentação trifásica de 220V com frequência de 60Hz, o motor possui as seguintes características nominais: Rendimento igual a 83% Fator de potência igual a 0,85 Escorregamento de 2% De acordo com os valores calcule: a-) O valor da rotação síncrona e da rotação mecânica no eixo do motor. b-) O valor do torque do motor em (Nm) e em (Kgfm) c-) O valor da corrente nominal do motor. d-) O triângulo das potências e o ângulo de carga do motor..

(10) Respostas a) 120 . f 120 .60 Ns = → Ns = → Ns = 1200 rpm Np 6 Nr = (1 − S ) . Ns → Nr = (1 − 0 ,02 ) . 1200 → Nr = 1176 rpm b). Pmec ( cv ) . (736 ) 15 . (736 ) → Tm ( Nm ) = → Tm ( Nm ) = 89 ,64 Nm wrotor ( rd / s ) π  1176 .    30  Tm ( Nm ) 89 ,64 Tm ( Kgfm ) = → Tm ( Kgfm ) = → Tm ( Kgfm ) = 9 ,14 Kgfm 9 ,81 9 ,81. Tm ( Nm ) =.

(11) c) Inm =. Pmec (cv ) . (736 ). 3 . VL . η motor . cos (ϕ motor ). → Inm =. 15 . (736 ) 3 . 220 . 0,83 . 0,85. Inm = 41,07 A d) Potência ativa P motor ( kW ) =. Pmec ( cv ) . (736 ) 15 . (736 ) → P motor ( kW ) = → P motor ( kW ) = 13 ,3 kW η motor 0,8 3. Potência aparente S motor ( kVA ) =. P motor ( kW ) 13 ,3 kW → S motor ( kVA ) = cos (ϕ motor ) 0,8 5. → S motor ( kVA ) = 15 ,65 kVA. Ângulo da carga. ϕ motor = acos (Fp ) → ϕ motor = acos (0,8 5 ) → ϕ motor = 31 ,8 ° Potência reativa do motor. Q motor ( kvar ) = S motor ( kVA ) . sen (ϕ motor ) → Q motor ( kvar ) = 15 ,65 kVA . sen (31 ,8 ° ) Q motor ( kvar ) = 8 ,25 kvar.

(12) Acoplamento mecânico Redutores Redutor é um equipamento mecânico que possui a função de reduzir a rotação e aumentar o torque na carga .. SEW EURODRIVE. Tcarga = ( Tmotor . η redutor . Nmotor N carga = relação do redutor. SEW EURODRIVE. relação do redutor. ).

(13) Transmissão utilizando polias e correias. D1 . N 1 = D 2 . N 2. D1 → Diâmetro da polia 1 D2 → Diâmetro da polia 2 N1 → Rotação na polia 1 N2 → Rotação na polia 2.

(14) Transmissão do momento torsor ou torque Por definição o torque é igual ao produto da força tangencial pelo raio da polia. T = F .r. unidade ( Nm ).

(15) Exemplo de aplicação Redutor Dado o sistema mecânico abaixo calcule a potência mecânica do motor e seu número de pólos ῃ redutor = 80% relação do redutor = 1:20. Rede Elétrica. Motor Elétrico. Tcarga = ( Tmotor . η redutor . N carga =. Nmotor relação de redução. Redutor. relação de redução ). T carga = 960 Nm N carga = 88 rpm. Carga Mecânica.

(16) Isolando a rotação e o torque do motor Tmotor = Tmotor. η redutor = 60 Nm. Ncarga =. Tcarga 960 → Tmotor = . relação do redutor ( 0 ,8 . 20 ). Nmotor relação do redutor. → Nmotor = Ncarga . relação do redutor. Nmotor = ( 88 ) . ( 20 ) → Nmotor = 1760 rpm Motor de 4 pólos Tm ( Nm ) . wrotor ( rd / s ) Pmec ( cv ) = → Pmec ( cv ) = 736 60 . ( 184 ,31 ) Pmec ( cv ) = → Pmec ( cv ) = 15 cv 736. 60 . ( 1760 . 736. π 30. ).

(17) Polias. Exemplo de aplicação. Dado o sistema mecânico abaixo calcule a potência mecânica do motor e seu número de pólos. Carga Mecânica. Polia 2 D2 = 400mm Rede Elétrica. Ƞ polia = 80%. Motor. Polia 1 D1 = 200mm. TL = 25 Kgfm NL = 583 rpm.

(18) Resolução Cálculo da rotação na polia Polia 1 ( D2 . N 2 ) ( 0 ,4 . 583 ) D1 . N 1 = D 2 . N 2 → N 1 = → N1 = D1 0 ,2 N 1 = 1166 rpm → Motor de 6 pólos Cálculo da força tangencial na polia 2 TL ( Nm ) = TL ( Kgfm ) . 9 ,81 → TL ( Nm ) = 25 . 9 ,81 TL ( Nm ) = 245 Nm Força Tangencial na Polia 2 TL ( Nm ) TL ( Nm ) = Fp 2 ( N ). r 2 ( m ) → Fp 2 ( N ) = r 2( m ) 245 Fp 2 ( N ) = → Fp 2 ( N ) = 1225 N 0 ,2.

(19) Cálculo da força tangencial na polia 1. Fp1 =. Fp 2. η polia. → Fp1 =. 1225 → Fp1 = 1531 N 0 ,8. Cálculo da potência mecânica do motor Torque na polia 1 Tp1 = Fp1(N) . r1( m ) P(cv) =. →. Tp1 = 1531 . 0 ,1 → Tp1 = 153 ,1 Nm. Tp1(N) . ω rotor ( rd / s ) 736. π   153 ,1 .  1166 .  30   → P(cv) = → P(cv) = 25 cv 736.

(20) Polias. Exemplo de aplicação. Dado o sistema mecânico abaixo calcule a potência mecânica do motor e seu número de pólos. Carga Mecânica. Polia 2 D2 = 100mm Rede Elétrica. Ƞ polia = 75%. Motor. Polia 1 D1 = 200mm. TL = 9,18 Kgfm NL = 1760 rpm.

(21) Cálculo da rotação na polia Polia 1 ( D2 . N 2 ) ( 0 ,1 . 1760 ) D1 . N 1 = D 2 . N 2 → N 1 = → N1 = D1 0 ,2 N 1 = 880 rpm → Motor de 8 pólos Cálculo da força tangencial na polia 2 TL ( Nm ) = TL ( Kgfm ) . 9 ,81 → TL ( Nm ) = 9 ,18 . 9 ,81 TL ( Nm ) = 90 Nm Força Tangencial na Polia 2 TL ( Nm ) TL ( Nm ) = Fp 2 ( N ). r 2 ( m ) → Fp 2 ( N ) = r 2( m ) 90 Fp 2 ( N ) = → Fp 2 ( N ) = 1800 N 0 ,05.

(22) Cálculo da força tangencial na polia 1 Fp1 =. Fp 2. η polia. → Fp1 =. 1800 → Fp1 = 2400 N 0 ,75. Cálculo da potência mecânica do motor Torque na polia 1 Tp1 = Fp1(N) . r1( m ). →. Tp1 = 2400 . 0 ,1 → Tp1 = 240 Nm. Tp1(N) . ω rotor ( rd / s ) P(cv) = 736. π   240 .  880 .  30   → P(cv) = → P(cv) = 30 cv 736.

(23) Referências Bibliográficas WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS S.A. Modulo I : comando e proteção de motores e circuitos elétricos CA de baixa tensão. Jaraguá do Sul, SC : WEG, 2011. 274 p. WEG EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS S.A. Motores : especificação de motores elétricos. Jaraguá do Sul, SC : WEG, 2011. 67 p. Volpiano, Sérgio Luiz. Eletrônica de Potência Aplicada ao Acionamento de Máquinas Elétricas. 1 ed. São Paulo: Editora Senai, 2013. 328 p. Volpiano, Sérgio Luiz. Eletrônica de Potência . 1 ed. São Paulo: Editora Senai, 2016. 216 p..

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