Motor de Indução Trifásico (MIT)

1 Motor de Indu o Trif sico (MIT). INTRODU 147.. PRINC PIO DE FUNCIONAMENTO .. 147. CAMPO GIRANTE .. 148. VELOCIDADES DO CAMPO GIRANTE, FREQ NCIA MEC NICA DO ROTOR, FREQ NCIA EL TRICA DO. ROTOR E VELOCIDADE DO CAMPO DO 151. VELOCIDADE DO CAMPO GIRANTE PRODUZIDO PELO 151. FREQ NCIA DAS CORRENTS INDUZIDAS NO 152. TENS O INDUZIDA E 153. TENS O INDUZIDA .. 153. 154. TENS O, CORRENTE, REAT NCIA EM FUN O DO ESCORREGAMENTO (s) .. 155. TENS O .. 155. REAT NCIA .. 155. CORRENTE .. 155. CIRCUITO EQUIVALENTE DA M QUINA DE INDU 157. CIRCUITO EQUIVALENTE DO ROTOR .. 157. CIRCUITO EQUIVALENTE DO ESTATOR E ROTOR .. 158. POT NCIA E CIRCUITO EQUIVALENTE COMPLETO .. 158. 161. EQUA O DO CONJUGADO (TE) EM FUN O DO ESCORREGAMENTO E PAR METROS DA M QUINA.. 164. DETERMINA O DOS PAR METROS DO Motor DE INDU O TRIF SICO A PARTIR DOS ENSAIOS A. VAZIO e de ROTOR BLOQUEADO (CURTO-CIRCUITO).. 172. (a) ENSAIO A 172. (b) ENSAIO EM CURTO .. 174. PARTIDA DO 175.

2 CONSIDERA ES GERAIS SOBRE A 175. PARTIDA COM PLENA TENS 176. PARTIDA COM TENS O REDUZIDA CHAVE ESTRELA - TRI 177. PARTIDA COM TENS O REDUZIDA CHAVE COMPENSADORA AUTOM 179. FRENAGEM DE MIT .. 179. FRENAGEM COM CC .. 180. FRENAGEM POR INVERS O DE 182. CONTROLE DE VELOCIDADE DO Motor DE INDU O TRIF SICO .. 186. CONSIDERA ES GERAIS .. 186. CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAV S DE VARIA O DA FREQU NCIA DA TENS O DO ESTATOR. 186. CONTROLE DE VELOCIDADE ATRAV S DA VARIA O DO ESCORREGAMENTO .. 191. VARIA O DA TENS O APLICADA .. 191. VARIA O DA RESIST NCIA DO CIRCUITO DO ROTOR .. 196. EXERC CIOS PROPOSTOS ( Cap. IV ).. 204. QUEST ES SOBRE MCC E Erro! Indicador n o definido. Motor DE INDU O TRIF SICO (MIT). INTRODU O. O Motor de indu o trif sico apresenta-se atualmente como uma boa op o para acionamentos controlados, pois possui algumas vantagens sobre o Motor de corrente cont nua, devido a inexist ncia do comutador. Entre estas vantagens, pode-se citar: O custo do MIT muito menor que o Motor de CC de mesma pot ncia.

3 A manuten o do MIT mais simples e menos onerosa;. O consumo de energia do MIT nos processos de acelera o e frenagem menor;. Com o MIT pode-se obter velocidades maiores, o que implica em pot ncias maiores (P = w T ) . A grande desvantagem do MIT reside na depend ncia entre fluxo e a tens o do estator, o que n o ocorre nos motores CC com excita o independente. Este fato limita a faixa de varia o de velocidade do Motor , quando controlado por varia o da tens o do estator. Atualmente, devido evolu o de sistemas eletr nicos que permitem o controle do Motor por varia o simult nea da tens o e freq ncia do estator, esta desvantagem desaparece. O Motor de indu o, devido as suas vantagens sobre o Motor CC, o mais utilizado em tra o el trica no parque industrial nacional. PRINC PIO DE FUNCIONAMENTO. O princ pio de funcionamento do MIT o mesmo de todos os motores el tricos, ou seja, baseia-se na itera o do fluxo magn tico com uma corrente em um condutor, resultando numa for a no condutor.

4 Esta . for a proporcional s intensidades de fluxo e de corrente ( F = il x B ). Existem dois tipos de MIT: Rotor em gaiola;. Rotor bobinado (em an is). Para efeito de simplicidade estudar uma m quina de dois p los. O Motor comp e-se de duas partes: Estator, onde produzido o fluxo magn tico;. Rotor, onde produzida a corrente que interage com o fluxo, conforme a No estator (parte fixa) est o montados tr s enrolamentos conforme mostra a Estes enrolamentos est o ligados rede de alimenta o, podendo estar conectados em estrela ou tri ngulo. A alimenta o do MIT realizada por uma fonte de tens o trif sica e equilibrada, logo as correntes do estator (armadura) estar o defasadas de 120 . Estas correntes ir o produzir um fluxo resultante girante em . rela o armadura, que ir induzir no rotor ( v x B . dl ) tens es alternativas em seus enrolamentos. Estando estes enrolamentos curto-circuitados ir o aparecer correntes no rotor, sendo estas correntes e o fluxo girante, respons veis pelo aparecimento do torque no MIT.

5 CAMPO GIRANTE. O car ter girante ou estacion rio do campo de m quinas el tricas girantes, depende na realidade do sistema refer ncia adotado. Para um observador situado no induzido de uma m quina s ncrona com indutor girante, o campo dessa m quina girante. Para um observador localizado em seu indutor (rotor), o campo estacion rio. As maneiras usuais mais simples de produzir campos girantes podem ser resumidas no emprego de: enrolamentos monof sicos girantes, alimentado por corrente cont nua. A ilustra o campo girante de uma m quina s ncrona;. Campo girante de uma m quina s ncrona enrolamentos polif sicos estacion rios (na armadura), alimentado por correntes alternativas. Esses enrolamentos podem ser encontrados nos motores e geradores s ncronos e nas m quinas ass ncronas. Quando alimentados por correntes polif sicas, eles produzem p los magn ticos que se deslocam em rela o aos pr prios enrolamentos que os originou.

6 Para os MITs o campo girante produzido por correntes trif sicas equilibradas proveniente de uma rede trif sica de alimenta o. Para melhor clareza, considerar-se- tr s instantes diferentes para verifica o do comportamento do campo produzido pela armadura (estator). Sabe-se que: ia = I max cos( wt );. ib = I max cos( wt 120 ); ic = I max cos( wt + 120 ). As correntes ia, ib e ic produzem intensidades de campo magn tico proporcionais s suas respectivas correntes, dado pela Lei de Amp re. ( Hl= NI). Refer ncias: - Adotar-se- como positivas as correntes que penetram no papel. - Seq ncia a, b e c no sentido anti-hor rio. 1 INSTANTE: A fig. ilustra a situa o instant nea dos campos nas respectivas fases da m quina em t= 0 , ou 0. seja, wt = 0 . ia= Imax;. ib= - Imax /2;. ic= - Imax /2;. c' b = 0. 0. a a'. m =0 (ref. ). 0. Bc Bb Ba b' Br Ba c (Refer ncia Mec nica ). Fig. 2 INSTANTE: A fig. ilustra o instante em que wt = 120.

7 Ib= Imax;. ia= - Imax /2;. ic= - Imax /2;. c' b Br Bb Ba Ba =120 . a Bb a' m= 120 . Bc Bc b' c fig. 3 INSTANTE: A fig. ilustra o instante em que wt = - 120 . ic= Imax;. ib= - Imax /2;. ia= - Imax /2;. c' b Ba Br Ba = -120 . m= -120. 0. a Bc a'. Bb Bb b' c Conclus es: m dulo do vetor campo constante;. deslocamento do vetor campo se da com velocidade w( ) , ou seja, velocidade s ncrona , ou ainda, freq ncia de alimenta o dos enrolamentos polif sicos. VELOCIDADES DO CAMPO GIRANTE, FREQ NCIA MEC NICA DO. ROTOR, FREQ NCIA EL TRICA DO ROTOR E VELOCIDADE DO. CAMPO DO ROTOR. VELOCIDADE DO CAMPO GIRANTE PRODUZIDO PELO ESTATOR. Seja: f1 - freq ncia do estator;. Em rpm, tem-se : 120. n1 = . f 1 - velocidade s ncrona do campo do estator. P. FREQ NCIA DAS CORRENTES INDUZIDAS NO ROTOR. Seja tamb m: freq ncia - velocidade de deslocamento f1 _____ n1 .. estator f2 _____ n1 - n2 .. rotor onde: n2 ------------ velocidade mec nica do rotor e, n1 - n2 ------- velocidade relativa com que o campo girante ir induzir as tens es de freq ncia "f2"no rotor, logo pode-se relacionar: f1------ n1.

8 N1 n2. f2------ n1 - n2 f2 = . f1 n1. Define-se : n1 n2. s= , onde s chamado de escorregamento ou deslizamento. n1. f2= s. f1 Seja n0 a velocidade do campo do rotor em rela o a terra (estator). Ent o pode-se escrever: n0 = n2 + n22 Onde: n22 a velocidade do campo do rotor em rela o ao pr prio rotor e, 120. n 22 = f2, logo : p 120 n n2. no = n 2 + . f 2 , da equa o s = 1. P n1. tira-se: n2 = n1 .(1 s ) , substituindo em no , tem-se: n 0 = n 1 .(1 s ) +. 120. s . f 1 = n 1 s .n 1 + s .n 1 p n 0 = n1. Donde conclui-se que as velocidades dos campos do estator e rotor em rela o ao estator s o iguais, por m a velocidade mec nica do rotor menor que a velocidade s ncrona dos campos, devido ao que definiu-se sobre o escorregamento. TENS O INDUZIDA E TORQUE. TENS O INDUZIDA. Estando o rotor inicialmente parado e sendo submetido ao campo girante de velocidade n1, resultar . em seus enrolamentos uma induzida (devido varia o do fluxo magn tico em rela o s espiras do rotor) que proporcional a intensidade do fluxo e a velocidade do campo girante.

9 Assim: A tens o induzida ser m xima no eixo do estator, ou seja, no eixo magn tico resultante. 120. v 20 = K ..n1 ou V20 = K.. f 1 = K ' ' '.. f1. p 120. onde : K' ' ' = .K. p Como o enrolamento do rotor esta curto-circuitado, resultar a circula o da corrente rot rica I20. V20. I 20 = onde: R + X 20. 2. 2. 2. R2 Resist ncia do circuito do rotor;. X20 Reat ncia do circuito do rotor na partida. TORQUE. A corrente I20 circulando pelos enrolamentos do rotor e interagindo com o fluxo produzido no estator d origem ao conjugado de partida dado por: TP= K1..Ir ; onde Ir Corrente real, ou seja: Ir = 20. Logo o torque de partida ser : T p . = K 1 .. I 20 . cos 20 e cos ( )= R2. 20. [R 2. 2 + X 2. 20 ]. 1/2. Se o conjugado de partida TP maior que o conjugado de carga TC, resulta num conjugado acelerador, que coloca o rotor em movimento. 2 dn Ta = .J . 60 dt Com o aumento da velocidade do rotor, a velocidade relativa entre este e o campo girante diminui, provocando a redu o da freq ncia da tens o induzida no rotor.

10 Desta forma: V20 = K ' ' '.. f1 ; f 2 = sf1 .. V2 = K ' ' '.. f 2 ; n1 n2 . e, s = . n1 . f 2 = freq ncia da tens o V2 induzida no rotor. Observe que com o aumento da velocidade (redu o de f2), a tens o induzida no rotor diminui. O mesmo ocorre com a reat ncia rot rica "X2". Para uma velocidade qualquer a corrente rot rica I2 ser : O comportamento das grandezas el tricas do Motor est ligado varia o de velocidade relativa V2. I2 =. [R 2. 2 + X 2]. 2 1/2. entre o campo girante e o rotor (s). Esta grandeza denominada escorregamento. TENS O, CORRENTE, REAT NCIA EM FUN O DO. ESCORREGAMENTO (s). TENS O. Sabe-se que: V 2 = K ' ' '.. f 2 e V 20 = K ' ' '.. f 1 f2. V 2 = V 20 . = s .V 20. f1. REAT NCIA. Sabe-se que: X 2 = 2 . L . f 2 Reat ncia em um instante qualquer. e X 20 = 2 . L . f 1. Logo: f2. X 2 = X 20 = s. X 20 f1. CORRENTE. V2 s .V 20. I2 = I2 =. [R 2. 2 + X 2]. 2 1/ 2. [R 2. 2 + ( X 20 .s ) 2 ]. 1/ 2. V 20. I 2 =.