acionamento, comando e controle de mquinas el©tricas - richard m. stephan

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  • 2008

    Richard M. Stephan

    Com contribuies de: Adriano A. Carvalho; Jos Luiz da Silva Neto;

    Lus Guilherme B. Rolim; Pedro Decourt; Vitor Romano.

    UFRJ

  • 2PREFPREFCCIOIO

    Este livro resume a experincia na rea de Acionamento de Mquinas Eltricas adquirida nos cursos de Este livro resume a experincia na rea de Acionamento de Mquinas Eltricas adquirida nos cursos de

    graduao (Escola Politcnica) e ps-graduao (COPPE) em Engenharia Eltrica da Universidade Federalgraduao (Escola Politcnica) e ps-graduao (COPPE) em Engenharia Eltrica da Universidade Federal

    do Rio de Janeiro (UFRJ).do Rio de Janeiro (UFRJ).

    Trata-se de um trabalho escrito para motivar o aprofundamento do assunto e o estabelecimento de uma baseTrata-se de um trabalho escrito para motivar o aprofundamento do assunto e o estabelecimento de uma base

    de conhecimento que permita o entendimento das questes fundamentais no acionamento, comando e controlede conhecimento que permita o entendimento das questes fundamentais no acionamento, comando e controle

    das mquinas eltricas. O texto serve tambm para o concatenamento de idias por parte daqueles que jdas mquinas eltricas. O texto serve tambm para o concatenamento de idias por parte daqueles que j

    estudaram os assuntos abordados isoladamente e tem sido empregado com sucesso como material didticoestudaram os assuntos abordados isoladamente e tem sido empregado com sucesso como material didtico

    para alunos do quinto ano do curso de Engenharia Eltrica da UFRJ.para alunos do quinto ano do curso de Engenharia Eltrica da UFRJ.

    Direta ou indiretamente, os seguintes colegas, listados em ordem alfabtica, contriburam na sua concretizao:Direta ou indiretamente, os seguintes colegas, listados em ordem alfabtica, contriburam na sua concretizao:

    Alquindar Pedroso, Antnio Carlos Ferreira, Antnio Carlos Siqueira de Lima, Antnio Guilherme Garcia Lima, Alquindar Pedroso, Antnio Carlos Ferreira, Antnio Carlos Siqueira de Lima, Antnio Guilherme Garcia Lima,

    Edson Watanabe, Heloi Jos F. Moreira, Rolf Hanitsch, Walter Sumitsu. Edson Watanabe, Heloi Jos F. Moreira, Rolf Hanitsch, Walter Sumitsu.

    Alguns ex-doutorandos e mestrandos deixaram tambm sua contribuio e lembrana: Alberto Soto Lock, Andr Alguns ex-doutorandos e mestrandos deixaram tambm sua contribuio e lembrana: Alberto Soto Lock, Andr

    Irani Costa, Andrs Ortiz Salazar, Carlos Vinicius Augusto, Jorge Bello, George Alves Soares, Gustavo Alesso, Irani Costa, Andrs Ortiz Salazar, Carlos Vinicius Augusto, Jorge Bello, George Alves Soares, Gustavo Alesso,

    Guilhermo Oscar Garcia, Joo Luz Macacchero, Jos Andrs Santisteban, Lus Oscar Arajo Porto Henriques, Guilhermo Oscar Garcia, Joo Luz Macacchero, Jos Andrs Santisteban, Lus Oscar Arajo Porto Henriques,

    Mrcio Amrico, Marco Antnio Cruz Moreira, Paulo Jos da Costa Branco, Wilbert Loaiza Cuba. Mrcio Amrico, Marco Antnio Cruz Moreira, Paulo Jos da Costa Branco, Wilbert Loaiza Cuba.

    Tiveram tambm participao os tcnicos Alex Jean de Castro Mello, Ocione Jos Machado e SrgioTiveram tambm participao os tcnicos Alex Jean de Castro Mello, Ocione Jos Machado e Srgio

    Ferreira.Ferreira.

    Os estudantes Douglas Mota, Fbio de Almeida Rocha, Mrio Nosoline, Pedro Rocha, Rafael Ramos Gomes,Os estudantes Douglas Mota, Fbio de Almeida Rocha, Mrio Nosoline, Pedro Rocha, Rafael Ramos Gomes,

    Renata Moreira da Silva e Roberto J.N. Queiroz auxiliaram na soluo dos exerccios apresentados.Renata Moreira da Silva e Roberto J.N. Queiroz auxiliaram na soluo dos exerccios apresentados.

    A WEG Automao permitiu que o contedo do livro fosse enriquecido com exemplos de equipamentos A WEG Automao permitiu que o contedo do livro fosse enriquecido com exemplos de equipamentos

    produzidos no Brasil, esta colaborao contou principalmente com a participao dos engenheiros Norton produzidos no Brasil, esta colaborao contou principalmente com a participao dos engenheiros Norton

    Petry e Maurcio Pereira Costa.Petry e Maurcio Pereira Costa.

    O MCT, atravs do programa CATI, o CNPq, a CAPES e a FAPERJ contriburam financeiramente na aquisioO MCT, atravs do programa CATI, o CNPq, a CAPES e a FAPERJ contriburam financeiramente na aquisio

    de material bibliogrfico e bolsas de incentivo pesquisa. de material bibliogrfico e bolsas de incentivo pesquisa.

    A Sra. Patrcia Coimbra editou grande parte dos manuscritos originais. A Sra. Patrcia Coimbra editou grande parte dos manuscritos originais.

    A todos, meu sincero agradecimento.A todos, meu sincero agradecimento.g

    Richard M. StephanRichard M. Stephan

  • DEDICATRIA

    Para Marlia, minha esposa.

  • Indice

    Seo 1Introduo

    1.1 Motivao .................................................................................................................................1-1

    1.2 Objetivo ....................................................................................................................................1-3

    1.3 Organizao..............................................................................................................................1-3

    Seo 2Dinmica dos Sistemas Mecnicos

    2.1 Introduo .................................................................................................................................2-1

    2.2 Transmisses Mecnicas..............................................................................................................2-1

    2.3 Dinmica das Transmisses Mecnicas.........................................................................................2-4

    Seo 3Seleo de Motores Eltricos

    3.1 Introduo .................................................................................................................................3-1

    3.2 A Famlia dos Motores Eltricos ...................................................................................................3-1

    3.2.1 Motor CC.........................................................................................................................3-1

    3.2.2 Motor de Induo (MI) ......................................................................................................3-4

    3.2.3 Motor Sncrono (MS) .........................................................................................................3-7

    3.3 Estabilidade Esttica ...................................................................................................................3-9

    3.4 Tempo de Acelerao .................................................................................................................3-9

    3.5 Dimenso Estimada de um Motor ..............................................................................................3-11

    3.6 Exemplo Ilustrativo....................................................................................................................3-11

    Seo 4Caractersticas Construtivas, de Servio e de Ambiente de

    Operao de Motores Eltricos

    4.1.Introduo .................................................................................................................................4-1

    4.2.Caractersticas Construtivas.........................................................................................................4-1

    4.3.Caractersticas de Servio............................................................................................................4-3

    4.4.Caractersticas de Ambiente ........................................................................................................4-6

    4.5 Concluso ...............................................................................................................................4-11

    Seo 5Acionamento Eletrnico de Motores Eltricos

    5.1 Introduo .................................................................................................................................5-1

    5.2 Evoluo dos Dispositivos Semicondutores de Potncia..................................................................5-1

    5.3 Evoluo da Micro-Eletrnica......................................................................................................5-3

    5.4 Novos Materiais Magnticos .......................................................................................................5-4

    5.5 Noes Fundamentais sobre Modulao por Largura de Pulsos - PWM ..........................................5-5

    5.6 Topologias de Conversores Eletrnicos para Acionamento de Motores Eltricos.............................5-12

  • Indice

    Seo 6Mtodos de Partida dos Motores Eltricos

    6.1 Introduo ................................................................................................................................. 6-1

    6.2 Partida de Motores CC .............................................................................................................. 6-1

    6.3 Partida de Motores de Induo .................................................................................................... 6-1

    6.4 Partida do Motor Sncrono........................................................................................................... 6-5

    6.5 Frenagem .................................................................................................................................. 6-6

    Seo 7Diagramas de Comando de Motores Eltricos

    7.1 Introduo ................................................................................................................................. 7-1

    7.2 Contator.................................................................................................................................... 7-1

    7.3 Botoeiras ..................................................