maquinas monofasicas

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
KAWE ALEXANDRO TRAGUETA
LEONARDO TETSUO NAGATA
RONALDO BARCE ANTUNIS
JOÃO GUILHERME P. FERRARI
TRABALHO I DE MAQUINAS ELÉTRICAS
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES MONOFÁSICOS
MOTORES ASSÍNCRONOS – GAIOLA DE ESQUILO E ROTOR BOBINADO
MOTORES SÍNCRONOS – RELUTÂNCIA E HISTERESE
SINOP-MT
2016
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP
FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
KAWE ALEXANDRO TRAGUETA
LEONARDO TETSUO NAGATA
RONALDO BARCE ANTUNIS
JOÃO GUILHERME P. FERRARI
TRABALHO I DE MAQUINAS ELÉTRICAS
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DOS MOTORES MONOFÁSICOS
MOTORES ASSÍNCRONOS – GAIOLA DE ESQUILO E ROTOR BOBINADO
MOTORES SÍNCRONOS – RELUTÂNCIA E HISTERESE
Relatório de trabalho apresentado ao
Professor Emerson Ricardo de Moraes de
Conversão eletromecânica de Energia do
curso de Engenharia Elétrica, como parte
das exigências para avaliação da disciplina.
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1. INTRODUÇÃO
O trabalho é tratado alguns pontos considerados importantes sobre alguns dos
principais tipos de funcionamento de motores monofásico.
Os motores de indução monofásicos possuem uma grande aplicabilidade e
funcionalidade, que se estendem desde as nossas residências até as indústrias. As
características a serem analisadas no trabalho decorrente são quanto o funcionamento de
um dos principais tipos de motores monofásicos.
Os motores de indução monofásicos são construídos para suprir a necessidade de
movimento de rotação em situações onde é disponibilizada apenas uma única fase de
corrente alternada. Utilizados na maioria das vezes para aplicações simples, porém
indispensáveis nos dias de hoje, como em escritórios, residências e comércios, locais
onde não é necessária tanta potência.
Tendo em vista que esses motores não possuem uma grande faixa de escolha para
maiores potências, utilizado na maioria das vezes para aplicações que precisam apenas
de uma fração de HP. Existem diversos tipos de motores monofásicos, porém, os
motores com rotor tipo gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e,
principalmente, pela robustez e manutenção reduzida.
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2. EXEMPLOS DE MOTORES MONOFÁSICO
O motor monofásico, figura 1, possui estator e rotor como qualquer outro atuador
eletromagnético. Porém, por se tratar de um componente monofásico possui apenas um
conjunto de bobinas, análogo a visão de apenas uma fase de um motor trifásico de
indução.
Figura 1
O motor monofásico utiliza o bobinamento para um rotor gaiola de esquilo
detalhado em suas partes construtivas na figura 2
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Figura 2
Esses motores monofásicos os seus enrolamentos de campo são ligados
diretamente a uma fase de corrente alternada, usados como alternativas de motores onde
não se dispõe de alimentação trifásica. Uso doméstico como frigoríficos, máquinas de
lavar, relógios, compressores, bombas, etc.
O estator dos motores elétricos monofásicos é formado pelas três bobinas:
Principal, Auxiliar e Arranque, seu funcionamento é simples, quando ocorre a partida
do motor as suas bobinas denominadas tecnicamente de bobinados ficam energizados
até o momento em que o rotor consiga atingir a velocidade ideal, com isso na sequência
a bobina de arranque é levada para estado zero, ou seja, desligada, deixando assim
somente as outras duas bobinas também chamadas de bobinas de trabalho.
O funcionamento da bobina de arranque do motor elétrico monofásico é
conectado em série com um capacitor e um interruptor automático, essa ligação é feita
com fio de bitola mais fina.
Esse interruptor automático é em grande parte constituído por um interruptor
centrífugo em conjunto com um platinado, mas vale lembrar que existem outros
modelos. Esse interruptor é o responsável por desligar a bobina de arranque e o
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capacitor tem a função de criar um campo magnético girante no interior do motor e esse
fará o movimento de rotação, ou seja, impulsionar o motor.
Como no rotor se induzem campos magnéticos alinhados aos campos do estator, o
motor monofásico não apresenta torque de partida. Para isso, utilizamos enrolamentos
auxiliares, em série com um capacitor, que são dimensionados e posicionados a fim de
criar uma fase fictícia, permitindo a formação do campo girante e, consequentemente, o
torque de partida.
Assim, temos enrolamentos de armadura com duas partes:
•
•
Enrolamento principal: diretamente ligado à rede de energia;
Enrolamento secundário: ligado em série com um capacitor, e esse circuito
ligado em paralelo com o circuito principal. A corrente que circula por esse
enrolamento é adiantada 90º em relação ao enrolamento principal.
3. MOTORES SÍNCRONOS
3.1MOTORES DE RELUTÂNCIA
O motor síncrono de relutância pode dar mais torque do que o motor de indução,
porém exibe um comportamento mais reativo.
A relutância magnética é o equivalente magnético da resistência dos circuitos
elétricos. O rotor apresenta um sentido de resistência magnética mínima (d) e um
sentido perpendicular (q) com uma relutância magnética elevada ou “bom isolamento
magnético”. O binário é produzido quando o rotor tenta alinhar o sentido de condução
magnética com o campo do estator.
A intensidade do binário produzido é diretamente proporcional ao índice de
saliência, ou seja, à relação de indutâncias entre os dois sentidos magnéticos do rotor. A
invenção do conceito do motor síncrono de relutância remonta a 1923. No entanto, este
tipo de motor não se adotou industrialmente, sobretudo pela sua incapacidade de
arranque direto. Agora este obstáculo foi eliminado, com a utilização de variadores de
velocidade.
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3.2PRINCIPIO DE SEU FUNCIONAMENTO
Princípio de Funcionamento o torque fundamental é função da tensão de entrada e
da fem de excitação (em motores com excitação no rotor). O segundo depende apenas
da tensão de entrada e da diferença entre as reatâncias de eixo direto Xd e de eixo em
quadratura Xq (segundo teoria da máquina de dois eixos). Existe em uma máquina sem
excitação no rotor, desde que Xd diferente de Xq. Esta diferença existe em motores
síncronos de pólos salientes e pode ser provocada em um motor de indução normal
(tornando-o síncrono), colocando-se barreiras de fluxo no rotor corretamente
posicionadas e dimensionadas de modo que a relutância ao fluxo de eixo direto (e.d.)
seja mínima (Xd grande) e a relutância ao fluxo de eixo em quadratura (e.q.) seja
máxima (Xq pequeno).
4. MOTORES ASSINCRONOS
4.1 MOTOR COM ROTOR BOBINADO
Tem enrolamento composto por três bobinas semelhante ao estator do motor. Tais
bobinas são ligadas em estrela, com os três terminais livres conectados a anéis
deslizantes no eixo do rotor.
Esses anéis permitem, por meio de escovas, a conexão de resistores variáveis no
circuito das bobinas do rotor para manipular as características da partida. Além de
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diferentes rotores, existem vários tipos de enrolamentos no estator dos motores para se
obter mais uma velocidade de regime para o mesmo.
Na partida do motor assíncrono, o torque motor é criado pelas correntes induzidas
nas barras de alumínio do rotor ou através do controle das correntes por um conversor.
O motor é elevado ao sincronismo pelo conjugado de relutância que se gera, porque o
campo girante tendera a manter o rotor em uma posição em que seja mínima a
relutância ao fluxo que atravessa o entreferro em direção ao rotor.
5. MOTOR COM GIOLA DE ESQUILO
Motor mais robusto de todos. Não exige o uso de escova ou comutadores, o que
evita problemas relacionados a desgaste e manutenção.
A forma mais simples do motor gaiola de esquilo apresenta um conjugado de
partida relativamente fraco e o pico de corrente na partida alcança até 10 vezes o valor
da corrente nominal do motor. Tais aspectos podem ser melhorados parcialmente pela
construção do rotor. As barras que formam a gaiola influem nas características. Motores
de melhor desempenho são equipados com rotores de gaiola de barras altas, barras de
cunha ou barra dupla.
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Tipos de motores Assíncronos Gaiola de Esquilo - Este é o motor mais utilizado
na indústria atualmente. Tem a vantagem de ser mais econômico tanto na sua
construção como na sua utilização. Além disso, escolhendo o método de arranque ideal,
tem um leque muito maior de aplicações. O rotor em gaiola de esquilo é constituído por
um núcleo de chapas ferromagnéticas, isoladas entre si, sobre o qual são colocadas
barras de alumínio (condutores), dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas
extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que curto-circuitam os
condutores.
6. MOTORS COM CAPACITORES DE PARTIDAS
Em algumas aplicações, o conjugado de partida do motor de fase dividida não é
suficiente para dar partida à carga no eixo do motor. Nesses casos, motores com
capacitor de partida podem ser usados (Figura 1).
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Figura 1
(a) Um motor de indução com capacitor de partida.
(b) Ângulos das correntes na partida desse motor.
No motor com capacitor de partida, um capacitor é colocado em série com o
enrolamento auxiliar do motor. Pela escolha apropriada do valor do capacitor, a força
magnetomotriz da corrente de partida do enrolamento auxiliar poderá ser ajustada para
ser igual à força magnetomotriz da corrente do enrolamento principal e o ângulo de fase
da corrente no enrolamento auxiliar poderá ser tal que a corrente estará adiantada de 90°
em relação à corrente do enrolamento principal.
Como os dois enrolamentos estão fisicamente separados de 90°, uma diferença de
fase entre as correntes de 90° produzirá no estator um campo magnético girante
uniforme simples e o motor irá se comportar exatamente como se ele estivesse partindo
com uma fonte de potência trifásica. Nesse caso, o conjugado de partida do motor pode
ser superior a 300% do seu valor nominal (veja a Figura 2).
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Figura 2
Motores com capacitor de partida são mais caros do que os motores de fase dividida
e são usados em aplicações em que um conjugado elevado de partida é absolutamente
necessário. Aplicações típicas desses motores são em compressores, bombas, ar
condicionado e em outros tipos de equipamento cujas partidas ocorrem com carga.
7. MOTORS COM CAPACITORES PERMANENTE E COM
DOIS CAPACITORES
Motores com capacitor permanente e motores com dois capacitores O capacitor de
partida faz um trabalho tão bom de melhoria da característica de conjugado versus
velocidade de um motor de indução que algumas vezes o enrolamento auxiliar com um
capacitor menor é deixado permanentemente no circuito do motor. Se o valor do
capacitor for escolhido corretamente, esse motor terá um campo magnético girante
perfeitamente uniforme para alguma carga específica e ele se comportará exatamente
como um motor de indução trifásico naquele ponto. Esse motor é denominado motor
com capacitor permanente (Figura 3). Os motores de capacitor permanente são mais
simples do que os motores com capacitor de partida, porque a chave de partida não é
necessária. Para cargas normais, eles são mais eficientes, tendo um fator de potência
mais elevado e um conjugado mais suave do que os motores de indução monofásicos
ordinários. Entretanto, os motores com capacitor permanente têm um conjugado de
partida mais baixo do que os motores com capacitor de partida, porque o capacitor deve
ser dimensionado com um certo valor para poder equilibrar as correntes do enrolamento
permanente e do auxiliar em condições normais de carga. Como a corrente de partida é
muito maior do que a corrente de carga normal, um capacitor que equilibra as fases com
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cargas normais deixará essas fases muito desequilibradas nas condições de partida. Se
forem necessários o maior conjugado de partida e a melhor condição de operação, dois
capacitores poderão ser usados com o enrolamento auxiliar. Um motor como esse é
denominado motor com dois capacitores (Figura 4). O capacitor de valor mais elevado
está presente no circuito apenas durante a partida, quando assegura que as correntes do
enrolamento principal e do auxiliar sejam aproximadamente equilibradas, permitindo
conjugados de partida muito elevados. Quando o motor atinge a velocidade de operação,
a chave centrífuga abre e apenas o capacitor permanente é mantido no circuito do
enrolamento auxiliar. O capacitor permanente tem o valor correto para manter
equilibradas as correntes, para a carga normal de funcionamento do motor. Em um
motor como esse, o capacitor permanente tem um valor de 10 a 20% do valor do
capacitor de partida.
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(a) Um motor de indução com capacitor de partida.
(b) Vista explodida de um motor de indução com capacitor de partida.
O sentido de rotação de qualquer motor do tipo que usa capacitor pode ser
invertido trocando as ligações de seu enrolamento auxiliar.
(a) Um motor de indução de capacitor permanente.
(b) A característica de conjugado versus velocidade deste motor.
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