Máquinas Assíncronas (Motores de Indução)

Máquinas Elétricas – Motores de Indução
Máquinas Assíncronas
(Motores de Indução)
Máquinas Elétricas – Motores de Indução
Principais Características
•
•
•
•
Só desenvolve torque fora da velocidade síncrona;
Máquina de excitação única;
Escorregamento
Amplo uso
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Principais Limitações
• Máquina de velocidade essencialmente constante;
• Dificuldades inerentes na partida (elevada corrente de partida, baixo
torque de partida);
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Formas construtivas
-
Enrolamento Estatórico responsável pela formação do campo
magnético;
Enrolamento Rotórico em curto-circuito com tensões e correntes
induzidas;
Rotor e Estator formados por chapas de aço com ranhuras para
acomodação dos enrolamentos.
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Rotor
-
Bobinado: permite acesso aos enrolamentos rotóricos através de anéis
coletores para realização de, por exemplo, controle de velocidade do
motor;
-
Gaiola: formado por barras de cobre curto-circuitadas, imersas nas
ranhuras do rotor e conectadas nas extremidades por anéis.
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Rotor
- Bobinado:
- Gaiola:
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Possíveis alocações das barras no rotor tipo gaiola
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Classificação quanto aos métodos de resfriamento:
• Máquinas Abertas: Ar de resfriamento passa no interior da máquina e o
calor é retirado por meio da convecção;
• Máquinas Fechadas: Ar de resfriamento passa somente na superfície
externa da máquina e o calor interno é conduzido até a superfície.
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Escorregamento
• Representa a diferença entre a velocidade de rotação do rotor e a
velocidade síncrona:
• A freqüência das tensões e correntes induzidas fica definida pela
fórmula:
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Exemplo
• Um motor de indução opera com freqüência de 60 Hz e possui 2 pares
de pólos. A velocidade de operação, com uma dada carga é 1760 rpm.
Calcule o escorregamento e a freqüência das tensões rotóricas:
s = 0,0227 ( ou 2,27%)
ou s = 40 rpm
f2 = 1,364 Hz
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Circuito Equivalente
• Podemos obter um circuito equivalente para o estator e um para o rotor.
• Estator:
• Rotor:
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Circuito Equivalente
• Podemos modificar o circuito equivalente do rotor introduzindo a
grandeza fictícia (R2/s) simplificar o circuito e podermos compará-lo
ao circuito equivalente do estator:
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Circuito Equivalente
• Assim podemos apresentar o circuito equivalente completo:
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Circuito Equivalente
• Verificamos a proximidade com o circuito equivalente dos
transformadores. Da mesma forma que nos transformadores podemos
representar a formação do campo magnético através do seguinte
modelo:
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Conjugado na Máquina Assíncrona
• A característica de torque nas máquinas rotativas está intimamente
associada à grandeza corrente do rotor e ao fluxo magnetizante.
C = Conjugado
Φm = Fluxo magnetizante
K = Constante
cos ψ2 = fator de potência do rotor
I2 = Corrente do rotor
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Conjugado na Máquina Assíncrona
• Dada a natureza da formação do torque no motor de indução, ele pode
ser representado como:
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Resistência no Rotor Bobinado
• Como o Conjugado é uma função da corrente rotórica, sua curva é
fortemente influenciada pela variação da corrente rotórica.
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Resistência no Rotor Bobinado
• Efeito da variação da resistência do rotor
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Resistência no Rotor Bobinado
• Exemplo do uso de reostato em rotor bobinado durante a partida
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Controle de Velocidade do Motor de Indução
Com a teoria vista até aqui, podemos citar algumas formas de realizar este
controle:
• Alterando o número de pólos do enrolamento estatórico;
• Alterando a tensão aplicada ao estator;
• Alterando a resistência do circuito do rotor.
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Controle de Velocidade do Motor de Indução
• Alterando a tensão aplicada ao estator:
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Controle de Velocidade do Motor de Indução
• Alterando a resistência do circuito rotórico:
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Controle de Velocidade do Motor de Indução
Outra forma de realizarmos este controle de velocidade é realizando a
alteração da freqüência da tensão aplicada. Esse tipo de controle só foi
possível com o advento dos inversores de freqüência, com o
desenvolvimento da eletrônica de potência.
Contudo, ao realizarmos a variação da freqüência precisamos alterar
também a tensão aplicada ao motor, dado que não queremos perder a
característica de torque do motor:
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Controle de Velocidade do Motor de Indução
• Curva característica do conjugado X rotação para vários binômios V/f:
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Exercícios
1) Dado um motor de Indução de 5 CV (1 CV = 736 W), 380 V, f = 60
Hz, p = 3 e escorregamento (s) de 3%. Calcule:
a) Qual a rotação síncrona (n) em rpm?
b) Qual a rotação real com escorregamento?
c) Qual a corrente nominal de linha?
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Exercícios
2) Considere um motor de indução de 7,5 CV, 380V, ns = 1800 rpm e s =
2,6%. Calcule:
a) Dado que a corrente de partida é de 7 vezes a nominal, qual é o valor
desta corrente?
b) Qual é o escorregamento (rpm)?
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Exercícios
3) Dado um motor de Indução de 5 CV (1 CV = 736 W), 380 V, f = 60
Hz, p = 3 e escorregamento (s) de 3%.
a)Quais as formas de exercer controle de velocidade neste motor?
b)Considere que será utilizado um inversor de freqüência para o controle
de velocidade. Dado que a freqüência aplicada no motor será de 20 Hz,
qual será a tensão aplicada para manter-se a característica de torque?
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Exercícios
4) Dado um motor de Indução de 10 CV (1 CV = 736 W), 380 V, f = 60
Hz, p = 4 e escorregamento (s) de 2%.
a)Qual a corrente nominal de linha deste motor?
b)Considere que será utilizado um inversor de freqüência para o controle
de velocidade. Dado que a freqüência aplicada no motor será de 15 Hz,
qual será a tensão aplicada para manter-se a característica de torque?
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Exercícios
5) Dado o mesmo motor de Indução do exercício anterior, de 10 CV (1
CV = 736 W), 380 V, f = 60 Hz, p = 4 e escorregamento (s) de 2%.
a)Qual a rotação síncrona (rpm)?
b)Calcule as tensões que devem ser aplicadas para as seguintes
freqüências obtidas pelos inversores de freqüência: f = 6 Hz, f = 10 Hz
e f = 45 Hz.
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FIM