MotorDahlander

Seminário de Máquinas Elétricas II

Índice

1. Introdução ao funcionamento Modificação do número de polos dos motores C.A. Limites ao alterar a velocidade do motor

2. Motores assíncronos de várias velocidades Motores de comutação de polos

Enrolamentos independentes Enrolamento único

Mudança no número de polos Agrupamento das fases na ligação Dahlander

Ligação estrela, dupla estrela Ligação triângulo, dupla estrela

Casos de serviço 1° caso 2° caso 3° caso

3. Propriedades gerais dos motores Dahlander4. Dispositivos de comutação polar

Diagrama de acionamento5. Conclusão6. Bibliografia

1. Introdução

Motores com comutação polar

Os motores com comutação polar são motores que usualmente possuem duas velocidades, onde a comutação é feita por mudança do número de pólos do estator. É um sistema utilizado em motores de gaiola de esquilo onde o rotor se adapta automaticamente ao número de pólos do estator.

A mudança do número de pólos pode ser feita de duas formas: com dois enrolamentos independentes ou com apenas um enrolamento religável (Dahlander). Esses motores são utilizados em elevadores, máquinas de lavar roupa, correias transportadoras, etc.

2. Motor de enrolamentos separados

Baseado em que a rotação de um motor elétrico (rotor gaiola) depende do número de pólos magnéticos formados internamente em seu estator, este tipo de motor possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta.

As rotações dependerão dos dados construtivos do motor, não havendo relação obrigatória entre baixa e alta velocidade. Exemplos: 6/4 pólos (1200 /1800 rpm); 12/4 pólos (600/1800 rpm), etc.

Devido à existência de dois enrolamentos a carcaça destes motores é maior do que a carcaça dos motores convencionais.

3. Motores com comutação de pólos, de enrolamento único (Dahlander)

Para simplificar as máquinas comutoras de pólos, foram desenvolvidos diversos tipos, que permitem obter com um único enrolamento, até 2,3,4 diferentes números de pólos. Grande parte destas ligações exige a retirada de numerosas derivações do enrolamento, com saídas no painel de ligações, e complexos dispositivos especiais para a comutação. Por isto é elevado o preço de tais motores e sua utilização é restrita a casos especiais.

O sistema mais simples e o mais empregado de um enrolamento para comutação de pólos, é a ligação dahlander. Por meio desta ligação o motor apresenta duas velocidades na relação 2:1.

Motor DahlanderO motor trifásico de indução tipo Dahlander é o

motor cuja arquitetura interna das bobinas possibilita obter em um mesmo motor duas velocidades, sendo uma o dobro da outra.

Mas o porque disso?

Como o motor Dahlander trabalha disponibilizando as bobinas de forma a atuarem em ligações de pólos conseqüentes e pólos ativos, com isso podemos fazer com que dois grupos de bobinas, se obtenham quatro pólos; com quatro grupos de bobinas, se obtenham quatro ou oito pólos, e com seis bobinas, seis ou doze pólos.

Entre as vantagens trazidas pelo uso de motores com enrolamentos múltiplos, podemos citar:

1. Em relação às transmissões:• Aumentam o rendimento da instalação, pois

eliminam as perdas nas transmissões e se simplifica o sistema;

• Simplificam ou até eliminam a aplicação de transmissão por engrenagens;

• Eliminam o ruído das transmissões dentadas;

2. Simplificam o comando automático dos processos de partida, parada e reversão;

3. Reduz as perdas relativas ao arranque e frenação;

Quanto às desvantagens:

1. Mais caros e maiores que os motores de mesma potência de única velocidade;

2. Não se consegue atingir simultaneamente o melhor projeto em todas as velocidades;

3. Tem pior fator de potência;

4.Consumo relativamente elevado na partida.

Motores de comutação de polosNesse tipo de motor, a mudança dos números de polos pode ser feita através de enrolamentos independentes ou com um enrolamento religável, esse último conhecido como sistema Dahlander ou ligação simples, onde uma velocidade será sempre metade da outra.

Enrolamentos independentes:

Consiste em dois enrolamentos separados, de diferente número de polos, no mesmo estator. Por meio de um comutador é ligado apenas um enrolamento de cada vez.Geralmente é utilizada a ligação em estrela para ambos os enrolamentos, embora seja possível a disposição em delta estrela ou estrela delta.

Enrolamento único

Entre as diversos tipos de ligações desenvolvidas para simplificar a comutação e aproveitar melhor a secção das ranhuras, para que com apenas um enrolamento se possa obter 2,3 ou 4 diferentes números de polos, a mais usual é a ligação Dahlander, na relação 1:2.

Isso pela sua simplicidade, pois exige menor quantidade de derivações, logo, menos complexidade nos dispositivos de comutação, além do preço do motor reduzido em relação a outros com as demais ligações, que acabam ficando restritas a casos especiais.

Na elaboração desse tipo de enrolamento deve-se considerar que o número de grupos de bobinas de cada fase terá que ser igual ao menor número de pólos. Estes grupos se distribuem em duas partes iguais, uma delas formada por grupos ímpares da fase, e a outra pelos pares. Por serem iguais, essas partes podem ser combinadas, resultando em ligações em série ou em paralelo;

A cada fase, subdividida em duas metades, liga-se um terminal entre os dois meio enrolamentos, que é levado até a caixa de conexões;

De cada fase usam-se três saídas, correspondendo uma ao início, outra ao final, e a terceira saída à ligação que une as duas metades da fase.

Mudança do número de polos

As duas velocidades que são obtidas pela ligação Dahlander estão na relação 1:2, e são conseguidas formando diferentes números de polos segundo as diferentes ligações nas conexões do enrolamento, usando o método do “polo consequente”, onde os seis meio enrolamentos são usados para as duas velocidades.

Quando a alimentação chega à bobina pelos terminais do início do enrolamento, por exemplo, produz 8 polos, sendo metade polos “S”, ou “polos consequentes”.

Quando a corrente entra pelos terminais centrais, saindo pelos extremos, produz 4 polos, dois “N” e dois “S”.

Agrupamento das fases na ligação Dahlander

As três fases de um enrolamento nessa ligação podem ser agrupadas em estrela ou triângulo, e as duas metades de cada série em série ou paralelo.

Consegue-se diversas ligações assim, porém as mais usadas são:

• Estrela, dupla estrela (estrela em série, estrela em paralelo);

• Triângulo, dupla estrela (triângulo em série, estrela em paralelo)

Para os dois casos, ao se mudar de uma polaridade para outra, muda-se também o sentido de giro do campo. Deve-se inverter duas fases, a fim de se manter o mesmo sentido de rotação do rotor. Isso é feito dentro da máquina, na ligação do enrolamento ao painel.

Ligação estrela, dupla estrelaInternamente, unem-se os fins das três fases em um nó. Até a caixa de ligações levam-se seis terminais independentes, três do início das fases e os outros as tomadas centrais.

Com essa disposição podemos alimentar de duas formas:

Deixando livres os terminais correspondentes ao meio do enrolamento e ligando os terminais do início à linha, conseguindo assim o agrupamento para mais polos ou menor rotação;

Unem-se os princípios das fases – daí se forma a dupla estrela – e alimenta-se o circuito pelos terminais dos meios, obtendo menos polos e maior rotação.

(3) estrela-série: baixa rotação (4) estrela-paralela: alta rotação

Entre essas ligações, o conjugado básico varia aproximadamente com o quadrado da velocidade.

Ligação triângulo, dupla estrelaInternamente, ligam-se as três fases dos enrolamentos em delta – início de um com final do outro – e levam-se seis terminais até a caixa de conexões, três referentes aos vértices do triângulo e três das metades das fases.

A alimentação pode ser feita:

Deixando em aberto os terminais das tomadas centrais e alimentando os terminais dos vértices. Essa disposição corresponde ao triângulo série, com maior número de polos e menor velocidade;

Unem-se em um nó os vértices do triângulo, deixando o enrolamento em estrela paralelo. A linha é ligada as terminais do centro dos enrolamentos, e as seis metades passam a ser alimentadas em paralelo, formando menos polos e gerando maior velocidade.

Triângulo série – menor velocidade Estrela paralelo – maior velocidade

A relação entre as potências se encontra na faixa de 1,5 a 1,8, segundo o tamanho do motor e o número de polos.

A formula abaixo relaciona o conjugado de um motor com seu giro:

C = (716 x P) / N (rpm)

Para a mesma potência, conclui-se que o torque varia inversamente com a mudança da velocidade.

O fluxo magnético, o torque e a potência variam dentro de uma determinada relação. Por meio das ligações das fases pode-se controlar essa relação e fazer o motor atuar dentro de certos casos de serviço. Os mais comuns estão a seguir:

Casos de serviço

1º caso:O conjugado básico permanece inalterado, pois a potência varia proporcionalmente com o número de rotações.Aplicado em máquinas ferramentas, como plainas e em guindastes, onde o conjugado resistente é fixo.Relembrando:

C = (716 x P) / N (rpm)

Para se obter essa característica, utiliza-se as ligações de fases em triângulo, dupla estrela.

O gráfico ao lado sobrepõe as curvas para as duas velocidades.

Percebe-se que os valores de torque máximo de ambas são bem próximos.

2° caso :

A potência permanece constante, ou seja, o conjugado varia na proporção inversa ao giro do motor.

Pelo gráfico vemos que o torque diminui – proporcionalmente – com o acréscimo da velocidade. Utilizado em casos

onde há o decréscimo do torque resistente da carga com a velocidade, como por exemplo, acionamento de trens laminadores e elevadores.

3° caso:

O torque básico varia aproximadamente com o quadrado das rotações, enquanto a potência com o cubo da velocidade.

Usa-se a disposição estrela, dupla estrela nesse caso.

O aumento do torque com a velocidade torna essa ligação aplicável em situações de aumento da resistência da carga diretamente com o acréscimo da velocidade, como em bombas centrífugas partindo com carga, compressores, ventiladores etc.

4. Propriedades dos Motores Dahlander De fácil construção, pois, com rotor tipo gaiola, possui apenas um enrolamento estatórico, com possibilidade de execução em série.

Com aproveitamento do espaço dentro da ranhura, em ambos os escalões de velocidade e consequentemente bom rendimento.

Comportamento normal da velocidade sob carga, em ambos os escalões

de velocidade.

Em velocidade elevada, 1,5 vezes mais potência do que na velocidade baixa, e, na velocidade baixa cerca de 0,8 vezes a potência em relação

aorotor normal em curto-circuito.

Apenas permite velocidade de 2:1

Suas aplicações destinam-se a às máquinas operatrizes, pontes rolantes,

correias transportadoras, sistemas de ventilação, misturadores, centrífugas, indústrias naval e alimentícia, madeireira, siderúrgica e indústrias mecânicas em geral.

Propriedades gerais dos motores DahlanderDe fácil construção, pois, com rotor tipo gaiola possui apenas um enrolamento estatórico, com possibilidade de execução em série, por isso é de baixo preço;

Com aproveitamento do espaço dentro da ranhura, em ambos os escalões de velocidade, tendo assim bom rendimento, que é, porém, inferior aos dos rotores normais em curto;

Comportamento normal de velocidade sob carga, em ambas velocidades (característica paralela);

Em alta velocidade, potência 1,5 vezes maior do que na baixa rotação, sendo a potência dessa última cerca de 0,8 vezes a potência do rotor normal em curto;

Apenas permite a relação 2:1;

Apenas pode ser usado em uma tensão de rede.

Dispositivos de comutação polar

À princípio, as chaves para motores de polos reversíveis são idênticas às chaves de ligação direta para motores de uma rotação, mas possuem bloqueio elétrico no circuito de comando, de modo a permitir a ligação de uma rotação por vez.

Em condições normais pode ligar-se qualquer das rotações do motor, entretanto, quando se faz a ligação à uma linha que não suporta a partida na rotação máxima, a chave é construída para permitir a ligação da maior velocidade somente após a ligação da baixa.

Diagrama de acionamento

Acionamento de um motor com comutação de polos, ligação Dahlander, partindo com a menor velocidade:

Características:

• Grau de proteção: IP55;• Vedação nos mancais: V´Ring;• Carcaças: ferro fundido;• Dreno automático;• Potências: 0,16 a 500cv

• Isolamento: classe “F” (ΔT 80°C);• Fator de Serviço: 1,15 (carcaças 63 a 200L); 1,00 (carcaças 225S/M a 355M/L);• Rolamentos de esferas• Rolamentos dianteiro de rolos: • Forma construtiva B3D;• Sistema de Isolamento WISE;• Categoria: N• Tensões: 220,380V; 380/660V; 220/380/440V

Conclusão

Em síntese, as principais considerações sob o sistema Dahlander são:

• É o mais simples entre os sistemas de ligação usados para fornecer diferentes números de polos com um único enrolamento, controlando assim a velocidade;

• Aplicado em motores com rotor em curto – gaiola de esquilo – pela necessidade de mudança apenas nos enrolamentos do estator;

• Fornece variações de velocidades entre escalões na relação 2:1 apenas;

• Simplificam ou até eliminam sistemas de engrenagens, reduzindo perdas e aumentando o rendimento;

• Aplicáveis a diferentes comportamentos de carga, onde o torque resistente pode ou não variar com a velocidade.

http://www.cefetrs.tche.br/~coutinho/CapII_p2.doc

http://www.estv.ipv.pt/paginaspessoais/vasco/textos/MI_sel&aplic.pdf

http://www.eletrica.ufsj.edu.br/~rabelo/ensino/maquinasII/Industriais.pdf

http://www.ee.pucrs.br/~lpereira/TUF/apostila01.pdf

http://us.share.geocities.com/profrm2/Instlac_indust.recurso_10114.pdf

http://www.voges.com.br/portal/manager/ba/arquivos/DuplaVelocidadePOR.pdf

https://dspace.ist.utl.pt/bitstream/2295/57994/1/SEE-Indução2006.pdf

http://www.ebah.com.br/teoria-de-conversao-pdf-pdf-a1440.html

http://www.gustavoroberto.blog.br/2007/12/07/motor-dahlander/

Bibliografia