dimensionamento de motores elétricos

Dimensionamento Motor Elétrico

Trabalho 01

Questão 02

Carlos Althaus, Cicero Pinheiro e Dailson Julich

Um motor elétrico pode ser dimensionado de 5 maneiras, sendo elas, todas adequadas.

Dimensionamento por potência eficaz

Dimensionamento por critério de conjugado máximo do motor

Dimensionamento pelo critério dos conjugados motor e resistente de partida

Dimensionamento pelo tempo de aceleração

Dimensionamento pelo critério de potência disponível

Dimensionamento por potência eficazO conceito de potência eficaz, do motor intermitente e cargas variáveis, com tensão e rotação constantes e ventilação normal é justificado pela igualdade da quantidade de calor, gerado pelas perdas na condição de potência constante e nominal durante o período T e a quantidade de calor gerado pelo mesmo motor submetido ao ciclo intermitente, durante o idêntico período T.

Figura 1: Ciclo de cargas variáveis

No ciclo constante:

As constantes A e B representam respectivamente as parcelas das perdas fixas e variáveis do motor.

No ciclo intermitente: e

Impondo as mesmas quantidades de calor desenvolvidas nos ciclos de carga constante e variável: ou

Experimentalmente verificou-se que a constante Kv, fator de ventilação introduzia na expressão 1 corrige convenientemente o valor de potência eficaz nos aumentos de temperatura devido aos estágios de desligamento e repouso.

Período do motor ligado em funcionamento com a carga Pi.

Período do motor desligado e em repouso.

Coeficiente de ventilação, depende do tipo de ventilação.

A potência nominal do motor, Pn, deve ser inicialmente superior ao valor da potência eficaz Pef. Logo:

A norma ABNT NBR 7094 estabelece que a petência nominal desenvolvida pelo motor é para locais de altitudes limitadas a 1000 metros e a temperatura ambiente máxima de até 40º C.

Nas temperaturas ambientes superiores a 40º C além da redução da capacidade do meio refrigerante há a limitação do sobreaquecimento produzido pelas próprias perdas do motor em operação. As altitudes acima de 1000 metros, possuem ar rarefeito, que reduzem a capacidade de refrigeração do motor.

A Weg apresenta no seu catálogo uma tabela com coeficientes de correção, Kth da potência nominal dos motores classe de isolação B em função das variáveis de altitude (H) em metros e temperatura máxima ambiente (Ta) em ºC.

O valor da potência nominal Pn, deve ser superior a potência eficaz, corrigida Pef.

Dimensionamento pelo critério do conjugado máximo motor

Outro aspecto do dimensionamento que deve ser considerado é que nos ciclos de carga variáveis há momentos que o maior conjugado resistente da carga é superior ao conjugado nominal do motor. Mesmo para esta condição o motor escolhido deve possuir conjugado máximo superior ao conjugado resistente, incluindo a margem de segurança de pelo menos 20%.

Dimensionamento pelo critério dos conjugados motor e resistente de partida

Para a adequação, no momento da partida o conjugado motor, Cmp também deve ser sempre superior ao conjugado resistente Co. Logo:

Cmp > Co

Dimensionamento pelo critério do Tempo de aceleraçãoAs diversas cargas mecânicas aplicadas ao motor, de maneira geral podem ser caracterizadas e classificadas em cinco tipos diferentes.

As cargas mecânicas em geral podem ser apresentadas pela equação genérica:

– Conjugado de partida.

– Constante

N – Rotação

e – Expoente, que poderá ser -1, 0, 1 ou 2

Assim o conjugado de aceleração desenvolvido, Cac, é determinado por:

A adequada aceleração do repouso até a rotação de regime é obtida com sempre positivo. O tempo de aceleração, , deve ser limitado afim de que o excessivo aquecido do processo de partida não danifique o motor.

Nos sistemas rotativos , a equação geral da mecânica que relaciona o conjugado de aceleração ( e a aceleração angular (dW/dt) da massa inercial no período de aceleração é determinada pela equação:

. dW/dt

- Momento de inércia total do rotor e carga (kg.m2)

Portanto o tempo total de aceleração, , contado entre o momento da partida e a rotação de regime é o somatório das variações de temperaturas, determinado para todos os pontos nas respectivas curvas do conjugado motor, e do conjugado resistente

Assim, ne equação anterior o tempo de aceleração é determinado entre o repouso, = 0 até o regime por:

é para a condição : A1 + A2 = A3

é para a condição : B1 = B2

Nos motores de categorias N e H, o Conjugado Médio Motor , recomendado nos catálogos dos fabricantes é determinado com os valores do conjugado motor de partida, e o conjugado motor máximo, :

= 0,45 . ( + ) ( categoria N )

= 0,6 . ( categoria D )

As equações para determinação dos conjugados resistentes médios, são definidas pela característica especifica de cada carga aplicada ao motor.

Conjugado Resistente Constante

Conjugado Resistente Linear

Conjugado Resistente Parabólico

Conjugado Resistente Hiperbólico

Conjugado Resistente Nulo

No caso de partida do motor em vazio, ou seja, sem carga, o conjugado médio de aceleração é o próprio conjugado médio motor.

Conjugado Resistente Não Definido

Neste caso não é possível a determinação do conjugado resistente médio sem o conhecimento prévio da curva conjugado resistente pela rotação. A solução é obtida através de métodos gráficos.

O Tempo Máximo de Rotor Bloqueado é o tempo máximo que o motor

poderá permanecer com as correntes de rotor e estator nos valores de

partida, suportando um acréscimo de aquecimento de aquecimento,

logo após o funcionamento de regime, sob condições nominais e que

não ultrapasse os limites de temperatura de pico estabelecidos em

normas.

Afim de que a temperatura máxima durante o pico da partida não

ultrapasse os limites da classe térmica os fabricantes recomendam que

o tempo de aceleração, , seja inferior a 80% o tempo máximo de rotor

bloqueado, .

Dimensionamento pelo critério da Potência Disponível

Nos momentos de partida e aceleração, as perdas Joule nos

enrolamentos são excessivas e o acréscimo de temperatura não é

desprezível. Em muitas aplicações para reduzir o tempo de frenagem o

motor não é apenas desenergizado, mas também desacelerado com o

auxílio de c.c aplicada ao enrolamento do estator ou ainda por reversão

elétrica

A potência disponível para o motor acionar a carga é conceituada coo a

potência que poderá ser requerida do motor mesmo submetido a

partidas, frenagens ou reversões, sem comprometer a sua integridade

ou dos matérias isolantes.

Potência disponível, para o motor acionar a carga.

Coeficiente em função de: Partida = 1

Frenagem = 3

Reversão = 4

Número de partidas, frenagens ou reversões por hora

Relação entre correntes de partida e nominal do motor

Tempo de aceleração

A potência disponível para o motor operar satisfatoriamente no ciclo de

carga estabelecido e suportar as condições de partida e eventuais

frenagens deve ser superior a potência eficaz corrigida e exigida.

Concluindo para a correta definição da potência nominal do motor, a

inequação deve ser plenamente satisfeita.

Pn > PDisp > P’EF