M

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Máquinas ElétricasEletrotécnica

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Definições

• Máquinas elétricas são dispositivos capazes de
  converter energia elétrica em energia mecânica e
  vice-versa.
• Geradores convertem energia mecânica em
  elétrica.
• Motores convertem energia elétrica em mecânica.

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Motores Elétricos
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(No Transcript)
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Motor de Indução
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Motor de indução

• Máquina Assíncrona

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Enrolamento de estator trifásico
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Rotor tipo gaiola de esquilo
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Rotor gaiola de esquilo
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Rotor tipo bobinado
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Pacote magnético do estator
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Máquina Assíncrona

• A máquina de indução é, dentre as máquinas
  elétricas, a mais utilizada na indústria.

Na máquina assíncrona tanto o rotor quanto o
estator conduzem corrente alternada.
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Máquina Assíncrona

• A corrente que circula pelo rotor é uma corrente
  induzida devido a um campo variável devido à
  diferença de velocidade de rotação do rotor e do
  campo girante. Por isso a nomenclatura máquina de
  indução.

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Campo magnético girante

• Os enrolamentos trifásicos localizados no estator
  e representados pelos enrolamentos aa, bb e cc
  estão deslocados de 120 graus entre si. Quando
  uma corrente alternada senoidal circula por um
  enrolamento ela produz uma força magneto motriz
  senoidal centrada no eixo do enrolamento.

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Campo magnético girante

• A força magneto motriz resultante é a composição
  vetorial das três componentes de força magneto
  motriz.

• Devido a corrente na fase A está em um instante
  de máximo, a força magneto motriz produzida por
  este enrolamento é máxima.

• O vetor resultante força magneto motriz F possui
  a mesma amplitude em todos os instantes de tempo,
  girando em sentido anti-horário.

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Campo magnético girante
No instante de tempo to, a corrente na fase A
passa por um máximo positivo e as corrente nas
fases B e C por metade da amplitude máxima
negativa.
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Princípio de funcionamento
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Tensões induzidas

• O campo magnético girante induz tensões nas fases
  do estator. As expressões para as tensões
  induzidas podem ser obtidas utilizando a lei de
  Faraday

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Escorregamento

• É óbvio que a velocidade do rotor não pode ser
  igual à velocidade síncrona, pois assim, nenhuma
  corrente seria induzida no enrolamento do rotor e
  consequentemente nenhum torque seria produzido.

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Circuito do rotor
Rotor parado
Rotor girando
Velocidade do Rotor
Freqüência da corrente induzida no Rotor
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Circuito equivalente

• O circuito equivalente pode ser utilizado para
  estudar e antecipar o desempenho da máquina de
  indução com apreciável proximidade da realidade.

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Ensaio a vazio
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Ensaio com rotor bloqueado
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Equações para determinação dos parâmetros

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Curva conjugado x rotação para o motor assíncrono
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Classificação por categorias
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Categoria N

• São caracterizados por possuírem um
  conjugado de partida normal, corrente de partida
  normal e pequeno valor de escorregamento em
  regime permanente. Constituem a maioria dos
  motores encontrados no mercado e prestam-se ao
  acionamento de cargas normais, com baixo
  conjugado de partida como bombas e máquinas
  operatrizes.

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Categoria H

• Os motores dessa categoria são
  caracterizados por possuírem um conjugado de
  partida elevado, corrente de partida normal e
  baixo valor para o escorregamento em regime
  permanente. Esta categoria de motores é utilizada
  para acionamento de cargas que exigem maior
  conjugado de partida, como peneiras,
  transportadores carregados, cargas com alta
  inércia, etc.

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Categoria D

• São caracterizados por conjugado de partida
  elevado, corrente de partida normal e alto
  escorregamento. Utilizados para acionamento de
  cargas como prensas excêntricas e máquinas
  semelhantes, em que a carga apresenta picos
  periódicos e cargas que necessitam de conjugado
  de partida elevado e corrente de partida limitada.

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Controle de velocidade

• Um motor de indução possui velocidade
  aproximadamente constante quando conectado a uma
  fonte de tensão constante com uma freqüência
  fixa. A velocidade em regime permanente é muito
  próxima da velocidade síncrona. Quando o torque
  solicitado aumenta, a velocidade diminui.

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Variação da velocidade em função da carga
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Controle de velocidade

• Em muitas aplicações industriais, velocidades
  variáveis ou continuamente ajustáveis são
  necessárias.

• Tradicionalmente, motores de corrente contínua
  sempre foram utilizados em aplicações onde era
  necessário variar a velocidade da máquina.

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Controle de velocidade

• Entretanto, motores de corrente contínua são
  caros, requerem manutenção das escovas e dos
  comutadores e são proibitivos em ambientes
  agressivos.

• Em contrapartida, motores de indução são baratos,
  não requerem manutenção, estão aptos a funcionar
  em ambientes agressivos e estão disponíveis para
  velocidades elevadas.

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Controle de velocidade através da variação da
freqüência.
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Métodos de partida dos motores de indução

• Uma corrente de partida de 500 a 800 maior que
  a corrente nominal pode circular pela rede de
  alimentação.

• Além de causar uma queda de tensão apreciável,
  pode afetar outras cargas conectadas à rede de
  alimentação. Além disso, se uma corrente elevada
  circular no motor por um longo intervalo de
  tempo, poderá aquecê-lo, danificando o isolamento
  do enrolamento.

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Autotransformador abaixador
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Partida estrela-triângulo
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Fase dividida
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Conversor de estado sólido
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Métodos de partida dos motores de indução

• É importante ressaltar que embora tensões menores
  reduzam a corrente durante a partida dos motores,
  o torque de partida decresce porque o torque é
  proporcional ao quadrado da tensão aplicada.

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Influência da rede elétrica na operação do MIT

• A operação eficiente dos motores de indução
  trifásicos depende, entre outras coisas, da
  qualidade da rede elétrica de alimentação. O
  ideal é que esta rede seja equilibrada e com suas
  tensões apresentando amplitudes e freqüência
  constantes.

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Influência da rede elétrica na operação do MIT

• A eficiência e o fator de potência dos motores de
  indução trifásicos variam segundo o valor da
  tensão de alimentação. Estes motores são
  projetados para suportarem variações de 10 da
  tensão nominal.
• Os motores devem suportar variações de
  freqüência de -5 a até 3. Uma variação
  simultânea da amplitude e da freqüência pode ser
  prejudicial para o motor.

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Influência da rede elétrica na operação do MIT

• Uma tensão de alimentação abaixo do valor nominal
  do motor provoca aumento da corrente e da
  temperatura e ainda redução dos torques de
  partida e de regime. Por outro lado, um valor de
  tensão acima do nominal acarreta redução do fator
  de potência e aumento da corrente de partida.

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Influência da carga mecânica na operação do MIT

• As principais conseqüências do superdimensionament
  o são
• Maior custo, volume e peso do motor.
• Redução do fator de potência.
• Redução da eficiência, embora muito motores
  apresentem sua eficiência máxima a,
  aproximadamente, 75 da sua carga nominal.
• Maior corrente de partida, acarretando maior
  custo da instalação e proteção.

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Fator de serviço

• A norma ABNT NBR 7094/1996, define fator de
  serviço como um multiplicador que, quando
  aplicado à potência nominal do motor, indica a
  carga que pode ser acionada continuamente sob
  tensão e freqüência nominais. Entretanto, a
  utilização do fator de serviço implica em vida
  útil inferior àquela do motor com carga nominal.

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Influência do ambiente na operação do MIT

• As condições ambientais onde está instalado um
  motor têm influência na sua operação. Poeiras que
  se depositam na sua carcaça, ao absorverem
  umidade ou partículas de óleo, formam uma crosta
  que dificulta a liberação do calor. Por causa
  disso, a temperatura interna do motor se eleva.
  Uma das conseqüências é aumentar o valor da
  resistência do enrolamento e diminuir a
  eficiência do motor.

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Grau de proteção - IP

• Motores que trabalham em ambientes desfavoráveis
  ou mesmo agressivos devem ser providos de um grau
  de proteção. A norma brasileira NBR 6146 define
  os vários graus de proteção que os motores
  elétricos podem apresentar, por meio das letras
  características IP, seguida por dois algarismos.
  As tabelas 2.1 e 2.2 apresentam os critérios de
  proteção.

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Tabela 2.1 Indica grau de proteção contra
penetração de corpos sólidos estranhos e contato
acidental.
1o Algarismo 1o Algarismo
Algarismo Indicação
0 Sem proteção
1 Corpos estranhos acima de 50mm
2 Corpos estranhos acima de 12mm
3 Corpos estranhos acima de 2,5mm
4 Corpos estranhos acima de 1,0mm
5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor.
6 Totalmente protegido contra poeira.
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Tabela 2.2 Indica grau de proteção contra
penetração de água no interior do motor.
2o Algarismo 2o Algarismo
Algarismo Indicação
0 Sem proteção
1 Pingos de água na vertical.
2 Pingos de água até a inclinação de 15o com a vertical.
3 Pingos de água até a inclinação de 60o com a vertical.
4 Respingos em todas as direções.
5 Jatos de água em todas as direções.
6 Água de vagalhões.
7 Imersão temporária.
8 Imersão permanente.
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Classes de Isolação

• Classe A 105 graus
• Classe E 120 graus
• Classe B 130 graus
• Classe F 155 graus
• Classe H 180 graus

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Motor de alto rendimento
Motores de alto rendimento gt custo de aquisição
inicial maior Entretanto, sua utilização
pode trazer grande economia em um curto prazo.
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Especificação de motores
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Relação de transmissão
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Inércia da carga referida ao eixo do motor
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Conjugado motor médio
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Conjugado resistente médio
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Tempo de aceleração

• É necessário que o tempo de aceleração do motor
  seja menor que 80 do tempo de rotor bloqueado

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Exemplo Considere o sistema abaixo utilizado
para levantamento de peso com capacidade para
levantamento de 50kg, com uma velocidade de
içamento igual a 0,5m/s. Se o raio da polia é
igual a 90mm, a redução de 132, o rendimento da
talha é igual a 97, a inércia das partes
girantes é igual a 0,0005Kgm2.
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(No Transcript)
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Tipo do motor Motor de alto rendimento plus
Potência 0,5 CV
Número de pólos 4 pólos
Rotação 1720 rpm
Conjugado nominal (Cn) 0,21 Kgfm
Cp/Cn 2,7
Cmax/Cn 3
J 0,00079
Tempo de rotor bloqueado 10 s
In 2,07 A
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Gerador Assíncrono

• O gerador de indução é acionado a uma velocidade
  maior do que a velocidade síncrona.

• O escorregamento no gerador assíncrono é
  negativo

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Corrente de excitação

• Uma corrente de excitação deve ser fornecida ao
  enrolamento de armadura para indução no rotor. A
  amplitude da corrente de excitação irá determinar
  a amplitude da tensão nos terminais do gerador.

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Gerador assíncrono com capacitor para excitação
da máquina

• Nesta configuração é necessário utilizar
  capacitores para fornecer os reativos de que a
  máquina necessita.

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Gerador assíncrono com conversor para excitação
da máquina

• Nesta configuração não é necessário utilizar
  capacitores pois a demanda de reativos de que a
  máquina necessita é fornecida pelo conversor.

• O conversor onera o sistema uma vez que toda a
  potência gerada circula através do mesmo.

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Gerador assíncrono alimentado através de escovas

• Nesta configuração a excitação é proveniente da
  rede, através de um conversor, que é conectado ao
  enrolamento do rotor através de anéis coletores e
  de escovas. A vantagem é que o conversor não
  necessita processar a potência nominal do gerador.

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Gerador assíncrono duplamente alimentado sem
escovas (GATDASE)

• Nesta configuração a máquina possui dois
  enrolamentos no estator, um principal, de
  potência, e um auxiliar. O enrolamento auxiliar,
  ou de controle, é ligado à rede através de um
  conversor que permite controlar o torque, a
  velocidade e o fator de potência da máquina.

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Curva Torque x velocidade
70
Curva Torque x velocidade
Gerador

• Motor