Máquinas CC, Mono e Bifásicas - Aula 6

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Curso de Graduação em Engenharia Elétrica
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
TEE00125 - 2º Semestre
Universidade Federal Fluminense
Prof.: Bruno Borba
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Classificação das máquinas rotativas:
 Máquinas de corrente contínua
 Máquinas da corrente alternada
 Máquina de indução
 Máquina síncrona
 Maquinas especiais
 Motor de passo
 Máquina de relutância variável
Introdução às Máquinas Rotativas
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Constituição:
 Rotor
 Parte girante da máquina
 Estator
 Parte fixa da máquina
 Constituído de um material ferromagnético
envolto em um enrolamento (maximizar fluxo
magnético)
 Núcleo laminado
Introdução às Máquinas Rotativas
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Corrente alternada é fornecida ao estator
diretamente
 Corrente alternada circula no circuito de rotor por
indução, ou ação transformador
 As correntes de estator (que possui uma estrutura
n-fásica) produzem um campo girante no
entreferro
 Tipo de rotor:
 Rotor bobinado: estrutura semelhante ao enrolamento
de estator
 Rotor em gaiola de esquilo
Máquina de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 As máquinas de indução são mais utilizadas como
motores
 São também conhecidos como motores assíncronos 
não giram na velocidade síncrona
 Correspondem a mais de 90% dos motores instalados
nos diversos setores de atividade industrial e residencial
 Vantagens
 Baixo custo de aquisição e manutenção
 Robustez
 Desvantagens
 Complexidade no controle de velocidade
 Fator de potência baixo e sempre indutivo
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Estator: corrente alternada
 Rotor: corrente alternada
(indução magnética)
 Rotor em gaiola: sem
conexão externa
 Rotor bobinado: conexão
através de anéis coletores
Máquina de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
Máquina de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
Máquina de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Escorregamento
 Tensão induzida nas barras do rotor depende da
velocidade do rotor em relação aos campos magnéticos
 Mais lógico trabalhar com velocidade relativa
 Velocidade de escorregamento
 Escorregamento
 OBS: Os campos magnéticos do estator e o induzido no
rotor giram no entreferro na mesma velocidade síncrona
(campos estacionários um em relação ao outro). A
interação entre esses dois campos é que produz o torque
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 O campo magnético girante possui uma
distribuição espacial senoidal com uma amplitude
constante e gira a uma velocidade dada por
 Convertendo para rotações por minuto (rpm)
Máquinas de Indução
es
polos
ww
2

Polos  número de polos da máquina
we  velocidade angular elétrica
ee fw 2
es f
polos
n
120

ns  velocidade do campo girante em rpm
(velocidade síncrona)
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 O campo girante no entreferro induz correntes no
rotor que também produzem uma FMM que gira a
uma velocidade, em relação ao rotor
 Como o rotor já está girando na velocidade de n
rpm, então o campo do rotor deve girar na
velocidade síncrona em relação ao estator. Logo,
Máquinas de Indução
ser
sff
rr snf
polos
s
nf
polos
n er   
120120
ssssr nsnnsnnnnn )1( 
Velocidade do rotor
Velocidade campo do rotor (em relação ao rotor)
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Exercício
 Um motor de indução de 208V, 10HP, quatro polos, 60Hz
e ligado em Y, tem um escorregamento a plena carga de
5%
 Qual a velocidade síncrona deste motor?
 Qual a velocidade do rotor deste motor com carga nominal?
 Qual a frequência do rotor deste motor com nominal?
 Qual é o conjugado no eixo do motor a plena carga?
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 O circuito equivalente pode ser utilizado para
determinação das características de desempenho das MI
em regime permanente:
 Variações de torque
 Variações de corrente
 Perdas
 Torque máximo de partida
 Dedução do circuito equivalente monofásico
 As grandezas para outras fases devem ser rotacionadas de
maneira conveniente
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 Semelhante ao circuito equivalente do transformador
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 Análise do rotor
 Do ponto de vista do estator, o rotor pode ser representado por
uma impedância equivalente Z2 (que corresponde à impedância
de dispersão de um secundário estacionário)
 Impedância do rotor refletida para o estator
 Relação número de espiras
 Conversor de frequência
Máquinas de Indução
2
2
2
I
E
Z 
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 Análise do rotor
 Impedância do rotor rebatida para o estator, na frequência de
escorregamento (Z2S)
 Parâmetros reais do rotor (impedância e número de espiras) são
difíceis ou impossíveis (no caso do rotor de gaiola de esquilo) de
serem determinados
 Para estudos do motor visto dos terminais do estator, as
grandezas reais do rotor não interessam
 Medições permitem obter os valores da impedância refletida
Máquinas de Indução
rotor
est
s
s
s
N
N
NZN
I
E
Z  2
2
2
2
2
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 R1  Resistência do estator por fase
 X1  Reatância de dispersão do estator por fase
 R2  Resistência do rotor referida ao estator por fase
 X2  Reatância de dispersão do rotor referida ao estator por fase
 XM  Reatância de magnetização
 RC  Perdas no núcleo
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Circuito equivalente
 Ao contrário dos transformadores, a corrente
magnetizante dos MIs é significativa devido ao entreferro
e o seu efeito não pode ser ignorado
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Potência transferida pelo entreferro
 Perdas ôhmicas no rotor e no estator
 OBS: Deve-se considerar também as perdas no ferro
devido à histerese na relação BxH e, mesmo que
minimizadas pela laminação do núcleo, perdas por
corrente parasita. Essas perdas são modeladas pela
perda ôhmica em Rc
Máquinas de Indução







s
R
nIPg
22
2 n  número de fases do estator
2
11
2
22
InRP
InRP
est
rotor


Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 A potência eletromagnética (Pmec) desenvolvida
pode ser determinada subtraindo a potência Pg
pelas perdas no rotor (Protor).
 Uma máquina de indução com um escorregamento
elevado não é uma máquina muito eficiente
Máquinas de Indução
 s
s
R
nIP
RI
s
R
InPPP
mec
rotorgmec




















1222
2
2
2
22
2
  grotorgmec sPPPsP  1
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Fluxo de potência
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 A potência mecânica é dada pelo produto entre o
conjugado (mec) e a velocidade angular (wmec )
Máquinas de Indução
 
 
 
 
ss
g
mec
s
g
s
mec
mec
mecsmecmecmec
s
R
nIP
s
Ps
s
P
sP
ww

ww

ww
22
2
1
1
1
1







m
eixo
eixorotacinaismeceixo
P
PPP
w
 
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Conjugado eletromecânico
Máquinas de Indução
Máquina CC e Motores Mono e Bifásicos
 Conjugado eletromecânicoMáquinas de Indução