2017 2 Motores de Indução v1.01

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ACIONAMENTOS ELÉTRICOS:

MOTORES DE INDUÇÃO

Notas de Aula – Técnico em Automação Industrial Prof. Thiago Morais Parreiras

Referência:

[1] Motores Elétricos: Guia de Especificação. Jaraguá do Sul: Grupo WEG – Unidade Motores, 2016.

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FUNDAMENTOS: PRODUÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO POR UMA CORRENTE ELÉTRICA

• Os campos magnéticos constituem o mecanismo

fundamental pelo qual a energia é convertida de uma forma em

outra nos motores, geradores e transformadores;

• Um fio condutor de corrente

produz um campo magnético na sua vizinhança;

• O uso de materiais

ferromagnéticos faz com que esse campo fique confinado ao

caminho estabelecido pelo material.

Regra “da mão direita” Fe

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FUNDAMENTOS: PRODUÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO POR UMA CORRENTE ELÉTRICA 𝐻 = 𝑁 ∙ 𝑖 𝐴 𝐵 = 𝜇 ∙ 𝐻 𝑇 • H: Intensidade de campo magnético; • N: número de espiras da bobina; • i: corrente elétrica • l_n: comprimento médio do caminho magnético • B: densidade de fluxo magnético • μ: permeabilidade magnética do núcleo • φ: fluxo magnético

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• Lei de Faraday: se houver um fluxo passando através de uma espira de um fio condutor, então uma tensão será induzida sendo diretamente proporcional à taxa de variação do fluxo em relação ao tempo.

• Lei de Lenz: o sentido com que a tensão induzida cresce na

bobina é tal que, se os terminais da bobina fossem colocados em curto-circuito, então seria produzida uma corrente que

causaria fluxo oposto à variação original de fluxo.

FUNDAMENTOS: LEI DE FARADAY E LEI DE LENZ

Lenz

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FUNDAMENTOS: LEI DE FARADAY E LEI DE LENZ

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FUNDAMENTOS: PRODUÇÃO DE FORÇA NUM FIO CONDUZINDO CORRENTE

• Um segundo efeito importante de um campo magnético no seu entorno é que ele induz uma força em um fio que esteja conduzindo uma corrente dentro do campo;

Regra “do tapa”:

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FUNDAMENTOS: TORQUE

• O torque é a medida do esforço necessário para girar um eixo;

• Ele depende do valor da

força aplicada e da distância entre o eixo de rotação e a reta de ação da força;

• O sentido do torque será horário, se ele tender a

fazer com que a rotação seja horária e será anti-horário se ele tender a fazer com que a rotação seja anti-horária.

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FUNDAMENTOS: RELAÇÃO ENTRE TORQUE E POTÊNCIA

• Quando a energia mecânica é aplicada sob a forma de

movimento rotativo, a potência desenvolvida depende do torque (𝜏) e da velocidade de rotação (𝜔).

𝑃 = 𝜏 ∙ 𝜔 𝑃 = 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 [𝑊] 𝜏 = 𝑡𝑜𝑟𝑞𝑢𝑒 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑜 [𝑁𝑚] 𝜔 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑟𝑎𝑑 𝑠 𝑛 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑐â𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑟𝑝𝑚 𝜔 = 𝜋 30 ∙ 𝑛

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MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO: CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

Estator:

Carcaça (1): é a estrutura de suporte do conjunto de

construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio,

resistente a corrosão e normalmente com aletas; Núcleo de chapas (2): as

chapas são de aço magnético; Enrolamento trifásico (8): três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase;

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O estator de um motor de

indução típico, mostrando os enrolamentos do estator.

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Rotor:

Eixo (7): transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor;

Núcleo de chapas (3): as

chapas possuem as mesmas características das chapas do estator;

Barras e anéis de

curto-circuito (12): são de alumínio injetado sob pressão numa única peça.

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Desenho esquemático de um rotor de gaiola de esquilo.

Um rotor gaiola de esquilo típico.

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MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO: CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS Outras partes: Tampa (4); Ventilador (5); Tampa defletora (6); Caixa de ligação (9); Terminais (10); Rolamentos (11).

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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: CAMPO MAGNÉTICO GIRANTE 1 1’ 2’ 2 3’ 3 1 2 3

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• Invertendo-se duas fases na alimentação do estator, inverte-se também o inverte-sentido de giro do campo magnético.

• TESTE: passe os últimos 6 slides no sentido inverso.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: CAMPO MAGNÉTICO GIRANTE

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• Quando o enrolamento trifásico do estator é alimentado por correntes trifásicas, cria-se um “campo girante” de intensidade constante;

• Este campo girante induz tensões nas barras do rotor (Lei de Faraday);

• Pelo fato das barras estarem curto-circuitadas, surgem correntes no rotor e, consequentemente, um campo no rotor;

• Esse campo tem polaridade oposta à do campo girante (Lei de Lenz);

• Como campos opostos se atraem e o campo do estator é rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotação desse campo;

• Desenvolve-se então, no rotor, um torque motor que faz com que ele gire, acionando a carga.

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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: VELOCIDADE SÍNCRONA

• A velocidade síncrona é definida pela velocidade de rotação do campo magnético girante:

𝑛_𝑠 = 120 ∙ 𝑓

𝑝𝑜𝑙𝑜𝑠 _{𝑓 = 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑎 𝑟𝑒𝑑𝑒 𝐻𝑧}

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PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: ESCORREGAMENTO

• Para que as barras do rotor “cortem” as linhas do campo

magnético girante e, como consequência, tenham indução de correntes elétricas, é necessário que a velocidade mecânica do rotor seja menor que a do campo magnético girante;

• O escorregamento (s) mede essa diferença de velocidades:

𝑠(%) = 𝑛𝑠 − 𝑛

𝑛_𝑠 ∙ 100 𝑠 = 𝑛𝑠 − 𝑛

𝑛_𝑠 𝑠 𝑟𝑝𝑚 = 𝑛_𝑠 − 𝑛

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: VELOCIDADE NOMINAL

• Velocidade nominal, é a velocidade (rpm) do motor

funcionando à potência nominal, sob tensão e frequência nominais.

• A velocidade para qualquer escorregamento (inclusive o nominal), pode ser dado por:

𝑛 = 𝑛_𝑠 ∙ 1 − 𝑠 % 100

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: FREQUÊNCIA E TENSÃO NOMINAL

• Frequência Nominal é a frequência da rede para a qual o motor foi projetado.

• Tensão Nominal é a tensão para qual o motor foi projetado; • A grande maioria dos motores é fornecida com diferentes

tipos de ligação, de modo que podem funcionar em redes de pelo menos duas tensões diferentes. Os principais tipo são:

• Ligação estrela-triângulo; • Ligação série-paralela;

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• Ligação Estrela (Y) – Triângulo (Δ): o enrolamento de cada fase tem duas pontas trazidas para fora do motor.

• Se ligarmos em Δ, cada fase receberá a tensão de linha, se ligarmos em Y, o motor poderá ser ligado numa tensão de linha 3 vezes maior.

CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: LIGAÇÕES PARA MÚLTIPLAS TENSÕES

• Este tipo de ligação exige seis terminais no motor;

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• Ligação série-paralela: o enrolamento de cada fase é dividido em duas partes;

• Ligando as duas metades em série, cada fase será submetida a metade da tensão de fase do motor;

• Ligando as duas metades em paralelo, o motor poderá ser alimentado com uma tensão igual a metade da condição anterior;

• Esse tipo de ligação exige nove terminais no motor; • Exemplo: 220/440V

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• Tripla Tensão Nominal: combina os dois casos anteriores;

• Novamente o enrolamento de cada fase é dividido em duas metades para ligação série-paralelo;

• Além disso, todos os terminais são acessíveis para podermos ligar em estrela ou triângulo;

• Temos quatro combinações possíveis:

• Ligação triângulo paralelo;

• Ligação estrela paralela (tensão 3 maior que a primeira);

• Ligação triângulo série (o dobro da tensão do triângulo paralelo); • Ligação estrela série (tensão 3 maior que a triângulo série), mas

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• Tripla Tensão Nominal: exige 12 terminais no motor; • Exemplo: 220/380/440/(760) V

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• Corrente Nominal: é a corrente que ocorre para a condição de carga nominal e alimentação nominal do motor (tensão e frequência). Pode ser calculada por:

CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: CORRENTE NOMINAL

𝐼_𝑛 = 𝑃𝑛 3 ∙ 𝑉_𝑛 ∙ 𝜂 ∙ cos 𝜙 𝐼_𝑛 = 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐴 𝑉_𝑛 = 𝑡𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑉 𝜂 = 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 cos 𝜙 = 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: CURVAS DE TORQUE POR ROTAÇÃO

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: CURVAS DE TORQUE E CORRENTE

Exemplo:

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: CATEGORIAS DE TORQUE

• Categoria N: Torque e corrente de

partida normal, baixo escorregamento. Cargas normais, como bombas,

máquinas operatrizes, ventiladores; • Categoria H: Torque de partida alto,

corrente de partida normal; baixo escorregamento. Cargas que

demandam maior torque na partida, como peneiras, transportadores, etc; • Categoria D: Torque de partida alto,

corrente de partida normal; alto escorregamento. Cargas que

necessitam de torque de partida muito alto e corrente limitada (elevadores);

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CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO: DADOS DE PLACA

1 𝐻𝑃 = 746 𝑊 1 𝐶𝑉 = 736 𝑊

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MOTOR CA: RESUMO EM VÍDEO