Slides Resumo Maquinas Eletricas

(1)

Sístemas e Instalações

Eléctricas de Navios

Modelo da máquina

assíncrona

(2)

Bibliografia

A. E. Fitzgerald,

A. E. Fitzgerald, Charles KingslCharles Kingsley e Stepheey e Stephen D.n D. Umans

Umans , “M , “Máquinasáquinas EléctricasEléctricas”, 6ª Edição,”, 6ª Edição,

Editora Bookman Companhia Editora, 2006. Editora Bookman Companhia Editora, 2006. Charles K. Alexander e Martthew N. O Sadiku, Charles K. Alexander e Martthew N. O Sadiku,

“Fundamentos

“Fundamentos de Circuitosde Circuitos EléctricosEléctricos”, Editora”, Editora

McGraw-Hil, 2008, ISBN:

McGraw-Hil, 2008, ISBN: 97885868978858680497704977

José Dores Costa,

José Dores Costa, “Apontamentos de Sistemas“Apontamentos de Sistemas

Eléctricos e Electrónicos

(3)

Bibliografia

A. E. Fitzgerald,

A. E. Fitzgerald, Charles KingslCharles Kingsley e Stepheey e Stephen D.n D. Umans

Umans , “M , “Máquinasáquinas EléctricasEléctricas”, 6ª Edição,”, 6ª Edição,

Editora Bookman Companhia Editora, 2006. Editora Bookman Companhia Editora, 2006. Charles K. Alexander e Martthew N. O Sadiku, Charles K. Alexander e Martthew N. O Sadiku,

“Fundamentos

“Fundamentos de Circuitosde Circuitos EléctricosEléctricos”, Editora”, Editora

McGraw-Hil, 2008, ISBN:

McGraw-Hil, 2008, ISBN: 97885868978858680497704977

José Dores Costa,

(4)

Máquina Assíncrona

Máquina Assíncrona 

 OO campo magnético no rotorcampo magnético no rotor dada

máquina é induzido pelo campo máquina é induzido pelo campo magnético (girante) criado pelas magnético (girante) criado pelas correntes do estator

correntes do estator



 A máquina designa-se por A máquina designa-se por máquinamáquina

eléctrica de indução

eléctrica de indução ou máquina ou máquina assíncrona, uma vez

assíncrona, uma vez que o rotor nãoque o rotor não roda em sincronismo com o campo roda em sincronismo com o campo girante das correntes do estator

(5)

Máquina Assíncrona 

 O princípio de funcionamento dasO princípio de funcionamento das

máquinas assíncronas

máquinas assíncronas , baseia-se , baseia-se nana criação de um

criação de um campo girante nocampo girante no entreferro

entreferro



 OO campo girantecampo girante de amplitudede amplitude

constante pode ser criado por um constante pode ser criado por um sistema de correntes trifásicas

sistema de correntes trifásicas simétricas que percorram

(6)

(7)

 A tensão trifásica fornece o campo

(8)

 A corrente sinusoidal em cada uma das bobinas

produz um campo magnético no eixo de rotação. Os campos magnéticos são representados por vetores

(9)

 A soma dos vetores do campo magnético das

bobinas do estator produz um único vetor girante resultante do campo magnético

(10)

 Num motor assíncrono , a velocidade de

rotação do campo girante criado pelas correntes do estator é função da

frequência das correntes e do número de polos do estator (característica

construtiva da máquina e que depende do modo como este foi bobinado)

(11)

 A frequência, f , o número de pares de

pólos, p , e a velocidade síncrona, ns , em rotações por segundo (rps) estão relacionadas pela seguintes equação

(12)

 Com o rotor parado , a frequência das

correntes nos enrolamentos do rotor é igual à frequência das correntes no

estator

 À medida que o rotor acelera , a

frequência das correntes do rotor

diminui e quando atinge a velocidade nominal, é de apenas uma pequena fracção da frequência do estator

(13)

 O rotor de um motor assíncrono roda

com uma velocidade inferior à velocidade de sincronismo , ns

 A diferença entre estas duas

velocida-des velocida-designa-se por escorregamento , s

 O escorregamento é dado em

percentagem da velocidade de sincronismo

(14)

 Na equação do escorregamento , nm é a

(15)

 Para que a máquina funcione como

motor , a velocidade de rotação do veio é inferior à velocidade de sincronismo e s>0

 Para que a máquina funcione como

gerador é necessário aumentar a

velocidade de rotação do rotor acima da velocidade de sincronismo, s<0

(16)

 Relação entre o binário e o

(17)

 O circuito equivalente da máquina de

indução é em tudo semelhante ao de um transformador

 A troca de energia entre o estator e o

rotor de uma máquina assíncrona

realiza-se através do entreferro , sendo que o campo magnético girante criado no estator induz um campo girante no

(18)

 Considere-se uma máquina assíncrona

trifásica com os enrolamentos do rotor ligados em estrela a funcionar em

regime estacionário

 Assim, uma das fases do estator ,

alimentada pela tensão simples V1 , pode ser representada através do seguinte circuito monofásico

(19)

 Circuito equivalente de uma fase do

(20)

 R1 representa a resistência efectiva do

enrolamento do estator

 X1 representa a reactância de

dispersão desse enrolamento

 Xm a reactância de magnetização

associada ao campo girante

 RFE é a resistência equivalente das

(21)

 Considere uma máquina em que o

estator possui o mesmo número de polos e fases do rotor

 O circuito equivalente de um dos

circuitos do rotor pode ser

acrescentado ao circuito equivalente do estator, sendo alimentado pela

(22)

 Circuito equivalente de uma fase da

(23)

 Circuito equivalente de uma fase da

(24)

 Na condição de funcionamento como

motor , parte da potência de entrada, Pin, é dissipada por efeito de Joule no estator, sendo a restante transmitida através do entreferro ao rotor

 A potência mecânica transmitida ao

veio da máquina é dada pela diferença entre a potência transmitida através do entreferro, Pag e a potência dissipada

(25)

 A potência mecânica, Pm, e a potência

transmitida através do entreferro, Pag, são dadas por:

(26)

 A resistência

 representa a carga mecânica da

máquina, por fase , em função do escorregamento (s)

(27)

 A potência mecânica total produzida

pela máquina, Pm , é igual à potência dissipada nessa resistência:

(28)

 Se s>0, resulta Pm>0 e a máquina

funciona como motor

 se s<0, obtém-se Pm<0 e a máquina

(29)

 No caso do motor, a potência útil no

veio obtém-se subtraindo a Pm à potência das perdas de atrito e de ventilação, Pv

 O rendimento da máquina assíncrona

funcionando como motor é dado pela razão entre a potência útil (Pu)

(30)

 Sabendo-se a potência útil e a

velocidade angular de rotação do rotor , wm , pode determinar-se o binário útil produzido pela máquina

(31)

 Os parâmetros do circuito equivalente

de uma fase da máquina assíncrona podem ser determinados por via

experimental através de dois ensaios:

 Ensaio em vazio

(32)

 No ensaio em vazio, a máquina é

alimentada à tensão e frequência

nominais e roda livremente sem carga

 Nesta situação, a corrente no estator é

pequena , as perdas no cobre (em R1) são desprezáveis quando comparadas com as perdas no ferro (R1<<RFE)

 Com o motor em vazio, Pin equilibra

(33)

 Medindo a potência activa, Pvz, a

resistência equivalente às perdas no ferro é calculada através de

(34)

 Como a reactância de dispersão, X1, é

desprezável face a Xm , conhecendo-se o factor de potência, cosφ, pode

determinar-se a potência reactiva em vazio, Qvz

 A reactância de magnetização Xm, é

(35)

 No ensaio com o rotor bloqueado, s=1 ,

o circuito fica em curto-circuito e, sendo a potência de carga nula, a potência activa na entrada, Pcc ,

equilibra principalmente as perdas no cobre dos dois enrolamentos

(36)

 Com o rotor bloqueado , o motor é

alimentado com uma tensão

suficientemente reduzida para se obter a corrente nominal da máquina (tensão de curto-circuito)

 Como a tensão de curto-circuito é

muito inferior à tensão nominal , as intensidades das correntes de

(37)

igualmen-Máquina Assíncrona

 Medindo a corrente que percorre o

estator, a resistência total das perdas no cobre, Rcc , calcula-se através de

(38)

 Conhecida a resistência do

enrolamen-to do estaenrolamen-tor, R1, obtém-se a

resistência equivalente do enrolamento do rotor, R2

(39)

 Conhecido o factor de potência neste

ensaio, procede-se ao cálculo da

potência reactiva, Qcc, e seguidamente da reactância de dispersão total, Xcc

(40)

 Tal como a resistência das perdas no

cobre, a reactância de dispersão resulta da soma da reactância da dispersão do estator e do rotor

(41)

 Para se determinarem os valores das

reactâncias de dispersão recorre-se, em geral, a distribuições empíricas

 No trabalho prático a realizar no

laboratório, considera-se que X1=X2=Xcc/2

(42)

 Representando a impedância do

circuito equivalente por fase, Ztot, a

potência de entrada , obtida através da análise do circuito equivalente, é dada por