conversao de energia ii – n6cv2 prof. dr. cesar da costa 1.a aula: motores elétricos de indução

Conversao de Energia II – N6CV2

Prof. Dr. Cesar da Costa

1.a Aula: Motores Elétricos de Indução

INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS

As máquinas elétricas podem ser classificadas em dois grupos:

a)Geradores: que transformam energia mecânica oriunda de uma fonte externa (como a energia potencial de uma queda d’água ou a energia cinética dos ventos) em energia elétrica (tensão);

b)Motores: que produzem energia mecânica (rotação de um eixo) quando alimentados por uma tensão (energia elétrica).

INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICASExemplo de Gerador Elétrico

INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICASExemplo de Motor Elétrico

Geradores e motores só se diferenciam quanto ao sentido de transformação da energia, possuindo ambos a mesma estrutura básica.

Um elemento fixo, chamado estator:

ESTRUTURA DO MOTOR

ESTRUTURA DO ESTATOR

É construído com chapas de material magnético e recebe o enrolamento de campo, cujas espiras são colocadas em ranhuras, como mostra a Figura 7.7.

O enrolamento de campo pode ser mono ou trifásico. A maneira como esse enrolamento é construído determina o número de pólos do motor, entre outras características operacionais. Suas pontas (terminais) são estendidas até uma caixa de terminais, onde pode ser feita a conexão com a rede elétrica de alimentação.

ESTRUTURA DO MOTOR

Um elemento móvel, capaz de girar chamado rotor:

ESTRUTURA DO ROTOR

Aqui é montado o enrolamento de armadura; no caso mais comum, êle é constituído de condutores retilíneos interligados nas duas extremidades por anéis de curto-circuito, o que lhe dá a forma de uma gaiola.

Existe um outro tipo de rotor, dito bobinado, onde os terminais das fases do enrolamento de armadura são ligados a anéis deslizantes, permitindo a inserção de elementos que auxiliam na partida do motor.

Rotor tipo gaiola de esquilo Rotor bobinado

Elementos de um Motor Trifásico de Inducao

Tipos de Máquinas Elétricas

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM MOTOR DE INDUCAO

Na região em torno de um ímã acontecem alguns fenômenos especiais, como a atração de fragmentos de ferro ou o desvio da agulha de uma bússola. Diz-se que nesta região existe um campo magnético, o qual pode ser representado por linhas de indução.

Também ao redor de um condutor percorrido por corrente elétrica existe um campo magnético, cuja intensidade é diretamente proporcional ao módulo da corrente. Este campo pode ser intensificado se este condutor for enrolado, formando uma bobina ou enrolamento. Nesses casos, a intensidade do campo magnético é diretamente proporcional à corrente


Campos magnéticos são mensurados através de uma grandeza chamada indução magnética (simbolizada pela letra B), cuja unidade no SI é o Tesla (T). O valor de B é maior nas regiões onde as linhas estão mais concentradas.

Denomina-se fluxo magnético (símbolo ) ao número de linhas de indução que atravessa a superfície delimitada por um condutor (uma espira, por exemplo). Esta grandeza é medida em Webbers (Wb), no SI.


Em 1831, Michael Faraday descobriu que quando o fluxo magnético em um enrolamento varia com o tempo, uma tensão u é induzida nos terminais da mesmo; o valor desta tensão é diretamente proporcional à rapidez com que o fluxo varia. Então, a Lei de Faraday (ou Lei da Indução Eletromagnética) pode ser expressa por:

du N

dt

Número de espiras

Taxa de variacao do fluxo magnetico


Se os pólos de um ímã forem postos a girar ao redor de uma espira, como representado na Figura, o fluxo nesta varia com o tempo, induzindo uma tensão entre seus terminais; se estes formarem um percurso fechado, haverá neles a circulação de uma corrente induzida i.


No estudo do Eletromagnetismo, aprende-se que se um condutor estiver imerso em um campo magnético e for percorrido por uma corrente elétrica, surge uma força de interação dada por:

F i l B Forca de interacao

Corrente no condutor

Comprimento da espira

Valor da inducao magnetica

É esta força que produz um conjugado nos lados da espira, fazendo-a girar (ação de motor).


A Figura 7.5 mostra os campos magnéticos formados pela alimentação trifásica em um motor, no qual os enrolamentos de campo estão localizados no estator.


O campo magnético de cada fase é representado por um vetor e a soma vetorial dos mesmos dá o campo resultante.

Observa-se que o efeito é o de um ímã girando ao redor do rotor, produzindo a ação de motor, tal como descrita no parágrafo anterior. A velocidade com que esse campo girante opera é chamada velocidade síncrona (ns), dada por:

120( )s

fn rpm

p

Numero de polos do motor

Frequencia da rede (Hz)

O motor de indução é um motor que baseia o seu princípio de funcionamento na criação de um campo magnético rotativo.

A partir da aplicação de tensão alternada trifásica no estator, consegue produzir-se um campo magnético rotativo (campo girante), que atravessa os condutores do rotor.

Campo Girante

Este campo magnético variável induz no rotor F.E.Ms (Força Eletromotriz) que, por sua vez, criam o seu próprio campo magnético girante.

Este campo magnético girante criado pelo rotor, ao tender a alinhar-se com o campo girante do estator, produz um movimento de rotação no rotor.

Campo Girante

A velocidade de rotação do rotor é ligeiramente inferior à velocidade de rotação do campo girante do estator, não estando por isso o rotor sincronizado com esse campo girante

Estator Rotor

Num motor de indução, a velocidade de rotação é diferente da velocidade de sincronismo. Este fato deve-se porque existe uma diferença de velocidade entre o rotor e o campo girante do estator.

A esta diferença de velocidade dá-se o nome de escorregamento e pode ser calculado por:

%100.s

s

n

nns

Onde:

( )sn Velocidade de Sincronismo estator

n Velocidade de rotação do rotor

Escorregamento (s):

Principais Falhas de Motores de Indução

a) Impedância dos enrolamentos e atrito dos rolamentos provocam aquecimento dos motores.

b) Falha de Rotor Bloqueado:Os enrolamentos se danificam pelo excesso de corrente na situação de rotor bloqueado. A corrente de Rotor bloqueado pode estar em uma faixa de 6 a 10 vezes a corrente nominal do motor.

c) Prejuízos da Sobretensão: Surtos de tensão danificam os enrolamentos.

d) Prejuízos da Sobrecorrente: Excesso de corrente danificam os enrolamentos.

e) Desbalanceamento de Tensão ou falta de fase: Danifica o enrolamento do Motor.

LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS


O motor trifásico tem as bobinas distribuídas no estator e ligadas de modo a formar três circuitos distintos, chamados de fases de enrolamento.

Essas fases são interligadas formando ligações em estrela ou em triângulo, para o acoplamento a uma rede trifásica. Para isso deve-se levar em conta a tensão que irão operar.


Na ligação em estrela, o final das fases se fecham em sí, e o início se liga à rede.


Na ligação em triângulo, o início de uma fase é fechado com o final da outra, e essa associação é ligada à rede.


Os motores trifásicos podem dispor de 3, 6, 9 ou 12 terminais para a ligação do estator à rede elétrica.

Assim, eles podem operar em uma, duas, três ou quatro tensões, respectivamente. Todavia, é mais comum encontrar motores com 6 e 12 terminais.


Os motores trifásicos com 6 terminais só podem ser ligados em duas tensões: uma a raiz quadrada de 3 maior do que a outra. Por exemplo, 220/380V ou 440/760 V.

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