04 Motor Trifasico Inducao

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IFPA Prof. Lucas Nascimento

Técnico em Eletroeletrônica

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Resumo

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Resumo

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Resumo

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Resumo

O transformador aproveita das leis do eletromagnetismo para

transformar uma corrente alternada em fluxo magnético

variável que, por sua vez gera uma tensão induzida em

outra bobina permitindo gerar uma tensão diferente da

original.

Figura 4

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RESUMO

Figura 5

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RESUMO

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RESUMO

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RESUMO

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Motor de Indução

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Motor de Indução

Dos motores elétricos o motor de indução é o mais utilizado na indústria. Sua simplicidade e reduzido tempo de manutenção contribuem para a preferência. Adicione a isso a enorme flexibilidade adquirida por este tipo de máquina com o barateamento dos inversores de frequência. Neste tipo de motor uma corrente circula no rotor induzida pelo campo

magnético variável gerado em relação ao enrolamento no rotor.

Embora também possa ser utilizada como gerador, o motor síncrono tem características muito mais adequadas e, por isso, a aplicação da

máquina de indução é basicamente como motor.

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Motor de Indução

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Motor de Indução

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Motor de Indução

Campo magnético girante

Vimos anteriormente que a geração trifásica é composta por três tensões de valores iguais e defasadas entre si de 120º. Pela figura na página 12 vimos também que um motor simples tem três bobinas afastadas entre si de 120º. Neste caso o motor de indução trifásico submetido a uma tensão trifásica equilibrada irá gerar um campo magnético girante (da mesma forma que o motor síncrono). Na próxima página temos uma animação que mostra este campo magnético girante.

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Campo magnético girante

Note que a força magnética que 'puxa' o rotor é a soma vetorial das componentes causadas pelas três fases em um dado momento. A figura abaixo mostra isto:

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Princípio de funcionamento

No motor de indução, conforme visto anteriormente, temos um campo magnético girante gerado no estator. Como este campo magnético se desloca, temos no rotor um campo magnético variável no tempo.

Conforme a lei de Faraday isto induz uma tensão que, por sua vez, faz circular uma corrente no rotor. Esta corrente gera polos magnéticos que são opostos aos do estator e, desta forma, este é atraído pelo

campo magnético girante gerado no estator. Isto gera o torque que faz o rotor girar.

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Note que, se o rotor girar à mesma velocidade angular que o campo magnético gerado no estator deixamos de ter um campo magnético variável no tempo. Neste caso só temos tensão induzida, e desta

forma, torque, caso a velocidade do rotor seja menor que a velocidade síncrona deste motor. A diferença entre a velocidade síncrona e a

velocidade do rotor nós chamamos de escorregamento.

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Motor de Indução

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Motor de Indução

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Motor de Indução

Exercício

Para um motor de indução de 6 pólos, calcule a velocidade síncrona e a velocidade de rotação se o mesmo está ligado a uma corrente com frequência de 60Hz com escorregamento de 4%.

n_s=120.f = 120*60 = 1200rpm

P 6

n_r=n_s(1-s) = 1200*(1-0,04) = 1200*0,96 = 1152rpm.

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Exercício

Para um motor de indução de 6 pólos, calcule a velocidade síncrona e a velocidade de rotação se o mesmo está ligado a uma corrente com frequência de 60Hz com escorregamento de 4%. Calcule a frequência da corrente no rotor. n_s=120.f = 120*60 = 1200rpm P 6 n_r=n_s(1-s) = 1200*(1-0,04) = 1200*0,96 = 1152rpm. f_r= f.s = 60*0,04 = 2,4Hz Página 22

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Note também que, ao variar o número de polos por fase, podemos alterar a velocidade síncrona do motor e, por consequência, a velocidade de rotação. Para 60Hz temos a tabela abaixo:

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Motor de Indução

Tal qual os outros tipos de motores, o motor de indução é formado por rotor e estator.

O estator é um núcleo cilíndrico laminado e ranhurado por onde passamos as bobinas do estator.

O rotor é a parte móvel onde a tensão é induzida, havendo dois tipos de rotor:

Rotor em Gaiola de Esquilo (também conhecido rotor em curto) Rotor bobinado (também conhecido como rotor em anéis.

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Motor de Indução

Rotor tipo Gaiola de Esquilo

É o modelo mais barato e mais simples de rotor. É o mais aplicado pois, além disso, praticamente não requer manutenção.

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Rotor tipo Bobinado

É bem mais caro que o Gaiola de Esquilo, também demanda alguma

manutenção. Por outro lado pode-se controlar a corrente circulando no induzido e, desta forma, a rotação e o conjugado.

Note que o controle é feito por meio de resistências e, desta forma há a necessidade de anéis coletores e escovas para que a corrente nas bobinas possa passar pelas resistências de controle.

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Rotor tipo Bobinado

É bem mais caro que o Gaiola de Esquilo, também demanda alguma

manutenção. Por outro lado pode-se controlar a corrente circulando no induzido e, desta forma, a rotação e o conjugado.

Note que o controle é feito por meio de resistências e, desta forma há a necessidade de anéis coletores e escovas para que a corrente nas bobinas possa passar pelas resistências de controle.

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Motor de Indução

Categorias de Motor quanto ao torque

Para os motores de indução, temos características bem definidas, tais como torque de partida, torque nominal, torque em vazio e região nominal de operação. Isto pode ser mais facilmente entendido graficamente conforme abaixo:

T_p-Torque de Partida

T_min- Torque mínimo

T_nominal – É o torque nominal do motor. Geralmente obtido entre 2 e 5% de escor-regamento

T_máx-Máximo torque do motor

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Rotor bobinado. A curva de torque depende da resistência externa. I – Sem resistência externa

II – Resistência externa baixa III – Resistência externa alta

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Categorias de Motor quanto ao torque

Note que o motor tem uma região nominal de operação. É a região ideal de funcionamento do mesmo. Note também que se a carga demandar mais torque que o motor está fornecendo ele irá reduzir a velocidade angular até atingir um torque que iguale o torque da carga. Veja que caso o torque da carga seja superior ao máximo a rotação irá cair a zero.

A seguir temos as categorias do motor de indução de acordo com as curvas de torque.

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Categoria N – Conjugado de partida normal, corrente de partida de 7x a nominal e baixo escorregamento (2 a 5%). É o mais comum. Feito com uma única gaiola. Típico de motores de bombas e motores industriais. Categoria H – Rotor com gaiola dupla. Tem maior conjugado de partida e

corrente de partida normal. São utilizados em cargas que demanda maior conjugado de partida.

Categoria D – São motores com maior torque de partida e operação com alto escorregamento. Típico de elevadores. O escorregamento

usualmente é maior que 5%.

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Motor de Indução

Partida de Motor de Indução Trifásico

Durante o transitório de partida os motores de indução costumam

demandar uma corrente até 7x maior que a nominal. A corrente de

partida é especialmente crítica quando o motor parte com carga, pois a corrente fica em nível alto por mais tempo.

Em motores de menor porte é comum que o sistema elétrico seja dimensionado para suportar essa corrente mais alta por períodos curtos com disjuntores próprios para esta aplicação.

Em motores de maior porte, entretanto, essa corrente muito alta pode trazer problemas ao sistema. As concessionárias elétricas inclusive impõem limitações à partida direta de motores. Desta forma iremos analisar os tipos de partida de um motor trifásico de indução.

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Partida Direta - Neste caso o motor parte com a tensão e frequência nominais da rede, já em seu estado normal de funcionamento.

Este tipo de partida é o melhor para o motor. Entretanto é importante que algumas condições sejam satisfeitas:

Potência do motor < 5cv

Rede dimensionada para tal Motor partindo em vazio

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Partida Y-Δ - Para algumas aplicações utiliza-se a partida em Y-Δ, onde o motor é ligado com as bobinas ligadas em Y e então há uma

comutação para Δ após o motor atingir determinada velocidade angular (tipicamente 90% ou mais da nominal ). Assim o motor parte com uma tensão que é menor que a nominal (58% da tensão nominal) ficando a corrente de partida 1/3 menor.

As grandes vantagens são o custo baixo e o pequeno espaço necessário para instalar.

As desvantagens são o baixo conjugado de partida que limita a cargas leves ou progressivas ou partidas em vazio, o motor tem que ter os terminais adequados e o tempo necessário para fazer a comutação e

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Partida de Motor de Indução Trifásico Partida Y-Δ -

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Partida com chave compensadora – A chave compensadora é um

autotransformador de tap variável que permite a partida do motor em tensão menor que a nominal com um aumento gradativo da tensão. É bastante utilizado em motores de maior potência, como esteiras e

britadeiras.

As vantagens são a elevação gradativa da tensão e se adapta a qualquer motor.

As desvantagens são o grande espaço necessário e o alto custo.

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Partida de Motor de Indução Trifásico Partida com chave compensadora

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Partida com Soft-Starter – O soft-starter é um dispositivo de controle da corrente que utiliza tipicamente tiristores (SCR). O tiristor varia a

tensão eficaz aplicada ao motor propiciando uma partida mais suave com menor corrente eficaz. Após o procedimento de partida a chave sofre um by-pass e o motor passa a ser alimentado diretamente a partir da rede elétrica.

As vantagens são o pequeno espaço necessário (comparável ao Y-Δ), custo acessível (menor que o inversor, mas maior que o Y-Δ) e ajuda a proteger o motor de alguns problemas na rede.

As desvantagens são custo maior que o Y-Δ, não controla a velocidade do motor (ao contrário do inversor) e partida com conjugado abaixo do

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Partida de Motor de Indução Trifásico Partida com Soft-Starter –

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Partida com Inversor de Frequência – O inversor de frequência é um conversor CA-CA (AC-AC) que transoforma a tensão de entrada da rede (tipicamente 60Hz) em outras frequências para a partida e/ou

controle do motor de indução trifásico. Com ele você consegue partir o motor mesmo com carga usando uma corrente menor sem perda de torque e ainda controlar a velocidade de rotação. Também permite a partida em rotações mais baixas para partir de forma mais suave.

As grandes vantagens são o controle de velocidade do motor e a partida com corrente reduzida sem perda do torque.

A principal desvantagem é o alto custo envolvido no inversor de

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Partida de Motor de Indução Trifásico Partida com Inversor de Frequência –

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Curvas características do motor de indução

O escorregamento influi diretamente nas características de desempenho do motor de indução. Note que o escorregamento influencia

diretamente na tensão induzida no rotor, ou seja, de acordo com o

escorregamento teremos um comportamento para o torque, corrente e fator de potência do motor de indução. Abaixo temos os gráficos com estas curvas.

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Curvas características do motor de indução

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