teoria sobre motores e uso com drives ac

TREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORESTREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORES

| Confidential/Property of Danfoss Drives A/S | Friday, April 18, 2014 | 2

Corrente AlternadaCorrente Alternada

Sinal Elétrico no domínio do tempo



Sinal Elétrico no Domínio do Tempo e Freqüência


ω=2πf

f(t)= Vmax. senωt

Veff² = 1 . ∫ f(t) ² dt T ti

tf

Veff²= 2π∫ Vmax

2. sen²ωt dt0

2π1 .

2π

Veff²=2π

∫ sen²ωt dt0

1 . Vmax2

sen²a = 1- cos 2a 2

Veff²= 2π1 . Vmax

2 1 t2

2π

0

Veff² = 2π1 . Vmax

2 2π2

Veff²= Vmax

2 2

Veff = Vmax

√2

Veff =√ Vmax

2

2rms




Retificador do Onda Completa


220Vac 311,12 Vdc380Vac 537,40 Vdc

Circuito Intermediário - DC Link

Conversor de FreqüênciaConversor de Freqüência

Par. 16-30 - tensão do

Barra/to CC

} Vmax

Vmax=Veff. √2Veff = Vmax

√2


Conversor de FreqüênciaConversor de Freqüência

PWM - Pulse Width Modulation (Modulação em Largura de Pulso)

+Vmax

-Vmax

IGBT = Transistor Bipolar de Gate Isolado

Par 14-01= Freq de chaveamento

60 AVM 2-16KHz

SFAVM 2-10KHzPar 14-00

RMS

TRUE


Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico

Campo Magnético, Forças Resultantes


Lei de Faraday

Um condutor ao cruzar com certa velocidade V as linhas de Fluxo Magnético Φ sofre uma indução, e cria uma diferença de potencial EMF (ddp = v) nas suas extremidades.

N

S

ddp

Φ

N

S

Φ

N

S

Φ

Ui= L . B. V

V = m/s a = m² m³/s


Com o curto nas extremidades

circula corrente


Motor Assíncrono

Estator

Rotor



Motor Assíncrono

Partes que Compõem o

Motor



Motor Assíncrono



Definição do Vetor Tensão

( )34

32

321

ππ jj evevvV ++=

Voltagens senoidais balanceadas são projetadas na direção de três eixos igualmente deslocados como o layout do motor. Voltagens Trifásicas são mapeadas dentro de um espaço bi-dimensional.

A

B

( )1v

( )2v

( )3v



Vetores de Tensão no Tempo 50

( )34

32

321

ππ jjevevvV ++=

*

( )1v ( )2v ( )3vOs vetores são:

A

B( )2v

( )3v




*

( )34

32

321

ππ jjevevvV ++=


A

B

( )1v

( )2v

( )3v

V

100




( )1v ( )2v ( )3v

( )34

32

321

ππ jjevevvV ++=

Os vetores são:

*

A

B

( )1v

( )2v

( )3v

V

150




( )34

32

321

ππ jjevevvV ++=

A

B

( )1v

( )2v

( )3v

V

200


*



Na teoria, somente se as 3 fases estiverem verdadeiramente defasadas de 120° elétricos e mecânicos, com a forma de onda perfeitamente senoidal e com os mesmos valores RMS e de pico.

A Intensidade do Campo Magnético


A Intensidade do Campo Magnético é Constante

φ = ³/2 Φ máx




Um campo magnético girante está na base do princípio de funcionamento da máquina de indução. Este campo é produzido da seguinte maneira: coloca-se nas ranhuras do estator um conjunto de três bobinas independentes, defasadas de 120º no espaço, e faz-se circular por estas bobinas correntes trífasicas defasadas de 120º no tempo. Estas correntes trifásicas, aplicadas às bobinas do estator podem ser representadas por:

ia(t) = I.sen(ωt) A

ib(t) = I.sen(ωt – 120º) A

ic(t) = I.sen(ωt + 120º) A




Toda bobina quando percorrida por uma corrente produz um campo magnético cuja fmm é dada por τa(t) = N.i.(t). A fmm produzida pela correntes trifásicas é dada então por:

τa(t) = N.I.sen (ωt) A

τb(t) = N.I.sen (ωt – 120º) A

τc(t) = N.I.sen (ωt + 120º) A

Se as três bobinas estiverem orientadas segundo um eixo comum a força resultante será nula (τa(t) + τb(t) + τc(t) = 0). Como as três bobinas estão defasadas no espaço de 120º, adotando-se a bobina percorrida por ia (t) (aa’) na referência tem-se:




τ(t) = τa.cos (0º) + τb.cos (120º) + τc.cos (240º) A

τ(t) = N.I.[sen(ωt).cos (0º) + sen(ωt–120º).cos (120º) + sen(ωt+120º).cos (240º)]

Após o desenvolvimento trigonométrico tem-se:

τ(t) = 1,5.N.I.sen(ωt)

Ou seja, a fmm total produzirá um campo magnético girante com velocidade e intensidade constantes, com a velocidade dependendo das correntes aplicadas às bobinas.




φ = ³/2 Φ máx


Campo Magnético, Rotação e Escorregamento

Fs=Escorregamento

Par. 1- 62=x % de Compensação de Escorregamento

no= f x 120 [rpm]

P

no= f x 60 [rpm]

p

ou

P = Total de Polos

p = Par de Polos



Cat NO Torque do Motor

T = F * r

F = W d

T = W * r d

W = P * t

W = F * d

T = P * t * r n * 2π * r

d = n * 2π * r 1CV – 736w = 0,75kW

1HP – 746w = 0,75kW

Par 16-16 Torque Nm

Par 16-22 Torque %T

P 9550⋅n

(t = 60s)


= 9,55

Cat H

Cat D alto escorregamento


Exemplo de Aplicação

no =f x 60

p

no =60 x 60

1

no =60 x 60

2

no =60 x 60

4

= 3600 RPM

= 1800 RPM

= 900 RPM

no =60 x 60

3= 1200 RPM

2 pólos

4 pólos

6 pólos

8 pólos

S = 3600 - 35503600

100%= 5036

= 1,38 %

S = 1800 - 1750

1800100%=

50

18=2,77 %

S =n0 - nn

no

100%

S =1800 - 1640

1800100%= 160

18=8,88 %

Par. 1- 62= x % de Compensação de Escorregamento




Exercício: Calcular o Escorregamento e o Torque nominal de um motor de 1 cv e 1720RPM

S = n0 - nn

n0

* 100% S = 1800 - 1720

1800100% =

80

18= 4,44 %

T = 0,75 x 9550 (t = 60s)

1720

T = 4,16 Nm

T = P x 9550 (t = 60s)

n



P = T x n (t = 60s) 9550

P = 1000 x 18009550

P>188 kW ou P>250 HP

O Torque do Motor tem que ser maior que o Torque resistente da carga, para poder acelerar a carga.

P = 730 x 1800

9550

P > 137,6 kW


O Motor Elétrico dimensionado deverá possuir potência superior aos valores calculados.

Ex1: Ex2:


Sabendo-se que o Conjugado resistente de uma carga é 1000Nm e a outra é de 730 Nm para motores de 4 pólos, encontre os motores que possam acionar estas carga.


Perdas de Motores

Pm = ɳ.Pe S =n0 - nn

no

100%



Magnetização de Saturação Oposta

Magnetização Nula

Magnetização Nula

Magnetização Remanente

Magnetização Remanente

Coercividade

Magnetização do material-(Tesla)

Intensidade de campo magnético

aplicado – (Ampere/metro)


Perdas de Motores

Laço de Histerese


Perdas por Histerese Magnética

H (A.m)

B (Wb)

Br

-Br

Liga de Alnico

Terras Raras



I+ + +++++++

- - - - - - - ---

Corrente de “Foucault” EDDY Current

+++++++

---------------

Solução: laminar as chapas do material Ferromagnético para reduzir estas perdas



Esquema Elétrico Equivalente do Motor




Entreferro

Obrigatório: 1º Potência nominal do Motor (KW)

2º Tensão nominal do Motor (V) 3º Freqüência nominal do Motor (HZ)

4º Corrente nominal do Motor (A) 5º Rotação Nominal do motor (RPM)




PAR 1-30

PAR 1-33

PAR 1-36

PAR 1-35

PAR 1-31

PAR 1-34

Entreferro

Obrigatório o Preenchimento P 1-20 Potência nominal do Motor (KW)

P 1-22 Tensão nominal do Motor (V) P 1-23 Freqüência nominal do Motor (HZ)

P 1-24 Corrente nominal do Motor (A) P 1-25 Rotação Nominal do motor (RPM)

RECOMENDADO: AMA (Adaptação Automática do Motor)



Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Simplificado



Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Reduzido



Sobre o Torque

V

is

imag

Irotor



TC(Guindaste/Correia Transportadora/Ponte Rolante/ Esteira/ Guincho/ Extrusora/ Prensa/Moenda/ Enchedora/ Lavadora/Rotuladora/Sopradora/Injetora, etc…)

Sobre o Torque

frequência

U

T60Hz

P = U x I

T. V (Bomba Centrífuga/ Ventilador/ Exaustor )

Enfraquecimento do Campo no Motor

Cargas de Torque Constante

Cargas de Torque Variável


Velocidade


Sobre o Torque

f

U

T

RPM/Velocidade

60Hz

P = U x I

TC(CorreiaTransportadora/Esteira/PonteRolante/Guindaste/Elevador/Guincho HYLLO/Prensa/Enchedora/Extrusora/Bobinadora/Teleférico/Rotuladora/ET Cetera)

TV (Bomba Centrífuga e Ventilador/Exaustor)

380



Lei de Proporcionalidade ou Lei de Afinidade P1

n1

n2( )

3P2 =

100

80( )

3

P1

P2 =

1,25( )3 P1

P2 =

1,95

P1

P2 =

P2 = 0,51 P1P2= 0,51 P1

Rotação

P1

P2

Obs: Economia de Energia



Tensão Alternada Trifásica

Campo Girante


Pm = ɳ.Pe


Plaqueta do Motor



Partida Estrela/Triângulo



Relação Torque x Velocidade



Torque do Motor Acima da Velocidade Síncrona

Velocidade (RPM)

1800 rpm 2400 rpm 3000 rpm 36000 rpm

Ve

locid

ad

e sín

cron

a


Carga 1

Carga 2

Carga 3

Carga 4

Carga 5


Escorregamento Velocidade

II

III IV

I

Operação 4 - Quadrante

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