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ENSINO PRESENCIAL COM SUPORTE EAD ENGENHARIA MECATRÔNICA – N2INSTAB JEFFERSON R. DE ALMEIDA – 247682012 PORTIFÓLIO 2 MÁQUINAS ELÉTRICAS Guarulhos 2013 ENSINO PRESENCIAL COM SUPORTE EAD ENGENHARIA MECATRÔNICA – N2INSTAB JEFFERSON R. DE ALMEIDA – 247682012 PORTIFÓLIO 2 Trabalho apresentado ao Curso Engenharia Mecatrônica da Faculdade ENIAC para a disciplina Máquinas Elétricas Profº Marcos Pinson Guarulhos 2013 Na falta de informações, todas as máquinas dos exercícios são trifásicas, de 60 Hz e têm os enrolamentos de armadura montados em camada dupla. 1. Explique graficamente a formação do campo girante trifásico, mostrando ao menos três instantes da corrente alternada trifásica. 2. Descreva o funcionamento do motor de indução trifásico; O princípio de funcionamento do MIT é o mesmo de todos os motores elétricos, ou seja, baseia-se na iteração do fluxo magnético com uma corrente em um condutor, resultando numa força no condutor. Esta força é proporcional às intensidades de fluxo e de corrente Existem dois tipos de MIT: Rotor em gaiola; Rotor bobinado (em anéis). Para efeito de simplicidade falaremos de uma máquina de dois polos. O motor compõe-se de duas partes: Estator, onde é produzido o fluxo magnético; Rotor, onde é produzida a corrente que interage com o fluxo, no estator (parte fixa) estão montados três enrolamentos, estes enrolamentos estão ligados à rede de alimentação, podendo estar conectados em estrela ou triângulo A alimentação do motor é realizada por uma fonte de tensão trifásica e equilibrada, logo as correntes do estator (armadura) estarão defasadas de 120°. Estas correntes irão produzir um fluxo resultante girante em relação à armadura, que irá induzir no rotor tensões alternativas em seus enrolamentos. Estando estes enrolamentos curto-circuitados irão aparecer correntes no rotor, sendo estas correntes e o fluxo girante, responsáveis pelo aparecimento do torque no MIT 3. Por que a velocidade do rotor do motor de indução não pode ser igual à velocidade síncrona? 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. 4. O que é escorregamento de uma máquina de indução? Denomina-se escorregamento, a grandeza obtida através da seguinte relação: S=ns-n/ns; onde s – escorregamento; ns - velocidade síncrona (velocidade do campo girante); n - velocidade do rotor; Em geral, o escorregamento é expresso em porcentagem, variando à plena carga entre 1 a 5%, dependendo do tamanho e do tipo do motor. O valor da freqüência da corrente induzida no rotor pode também ser obtido através de: fr = s⋅ fe, onde: fr - freqüência da corrente elétrica no rotor ; fe - freqüência da corrente elétrica no estator; s – escorregamento; 5. Quais são os valores de escorregamento para funcionamento como motor? Para motores parados o escorregamento é s=1. À medida que o motor acelera, o escorregamento diminui de s=0,01 a 0,05. Quer dizer,que a resistência rotórica aparente (R2/s) varia muito, desde valores baixos (no inicio do arranque) até valores que podem ser entre 100 a 20 vezes superiores ao valor inicial (motor no ponto de funcionamento nominal). Assim, o ramo rotórico passa de: 1. Uma situação de arranque com s=1 e baixa resistência, que faz com que este ramo seja muito reactivo e absorva correntes elevadas e muito defasadas da tensão aplicada; 2. Uma situação de funcionamento normal, com s= 0,01 a 0,05 e alta resistência que faz com que este ramo seja muito resistivo e absorva correntes reduzidas com baixo defasamento. 6. Quais são os valores de escorregamento para funcionamento como gerador? O escorregamento no gerador assíncrono é negativo, conforme o escorregamento negativo aumenta, a tensão gerada aumenta, aumentando a corrente gerada em adianto, entregue ao barramento. A um escorregamento de -0.05%, ou -5%, o gerador de indução está a plena carga (as barras do rotor e os enrolamentos do estator carregando a corrente nominal). 7. Descreva as vantagens e desvantagens do motor de indução trifásico frente aos demais motores elétricos (motor de corrente contínua e motor síncrono). O motor de indução trifásico apresenta-se atualmente como uma boa opção para acionamentos controlados, pois possui algumas vantagens sobre o motor de corrente contínua, devido a inexistência do comutador. Entre estas vantagens, pode-se citar: O custo do MIT é muito menor que o motor de CC de mesma potência; A manutenção do MIT é mais simples e menos onerosa; O consumo de energia do MIT nos processos de aceleração e frenagem é menor; Com o MIT pode-se obter velocidades maiores, o que implica em potências maiores ( ) P = w⋅T . A grande desvantagem do MIT reside na dependência entre fluxo e a tensão do estator, o que não ocorre nos motores CC com excitação independente. Este fato limita a faixa de variação de velocidade do motor, quando controlado por variação da tensão do estator. Atualmente, devido à evolução de sistemas eletrônicos que permitem o controle do motor por variação simultânea da tensão e freqüência do estator, esta desvantagem desaparece. O motor de indução, devido as suas vantagens sobre o motor CC, é o mais utilizado em tração elétrica no parque industrial nacional. 8. O que são ângulos mecânicos em uma máquina de corrente alternada? Ângulo mecânico é o ângulo de giro do rotor ao longo do seu eixo 9. O que são ângulos elétricos? Ângulo elétrico é o ângulo da corrente ou tensão elétrica. 10. Explique, com auxílio de gráficos e diagramas, qual a relação existente entre ângulos elétricos e ângulos mecânicos em uma máquina de corrente alternada de polos. A rotação da bobina ao longo de 360º geométricos (uma rotação) gera sempre um ciclo (de 360º) de Tensão (Gerador de 2 pólos). 11. Qual a diferença entre enrolamentos de passo pleno e de passo fracionário? Bobina de passo pleno (ou passo inteiro) é uma bobina que tem seus lados afastados de 180 graus elétricos. Bobina de passo fracionário (ou bobina encurtada): bobina que tem seus lados afastados por menos do que 180 graus elétricos. 12. Quais as principais vantagens do passo fracionário? Redução de harmônicos; Forças eletromotrizes aproximadamente senoidais; Possibilita empregar núcleos de armaduras iguais para máquinas de diferentes características; Economia de material e redução da indutância da cabeça de bobina devido aos seus menores comprimentos; Diminuição da impedância da bobina porque há menor efeito de indução mútua entre condutores contidos em ranhuras onde também existem condutores das outras fases. 13. Desenhe uma curva típica de torque de uma máquina de indução trifásica e ilustre as três regiões operativas (motor, gerador e frenagem), descrevendo rapidamente o funcionamento da máquina em cada uma delas. Em tração, o rotor roda no mesmo sentido do campo girante e, à medida que o escorregamento aumenta (partindo do zero), o torque também aumenta, de maneira praticamente linear, enquanto o fluxo de entreferro se mantém constante.A corrente do rotor é dependente da tensão nele induzida e de sua impedância. A variação da tensão induzida é linear com o escorregamento, enquanto o da impedância não o é. Para valores pequenos de s (até cerca de 10%, tipicamente), a reatância do rotor pode ser desconsiderada (s.Xr’, na equação 7.5). Sendo o rotor praticamente resistivo (e variando minimamente), a corrente do rotor cresce de modo linear com o escorregamento, o mesmo ocorrendo com a potência. Dado que a velocidade é praticamente constante (próxima a ωs), o torque varia de forma praticamente linear com o aumento de s. Quando as hipóteses acima deixam de serem válidas, ou seja, quando a reatância do rotor se torna significativa e a resistência equivalente passa a diminuir de modo mais marcante, tem-se uma redução da potência (seja pela diminuição da corrente, seja pela menor fração de tensão aplicada à parte resistiva), levando a menor potência e torque. A operação normal do motor se dá na região linear, uma vez que, se o torque de carga exceder Tmm, o motor, perdendo o seu torque, parará, levando a elevadas perdas no rotor, devido às altas correntes induzidas. Na região de regeneração, o rotor e o campo girante movem-se no mesmo sentido, mas a velocidade mecânica, ωm, é maior do que a velocidade síncrona, levando a um escorregamento negativo. Como a resistência equivalente do rotor é negativa, isto significa que a máquina está operando como gerador, entregando potência para o sistema ao qual está conectado o estator. A característica torque - velocidade é similar àquela da operação em tração, mas com um valor de pico maior (uma vez que o numerador é menor do que no caso de tração). No modo de reversão, o campo girante gira em sentido oposto ao rotor, levando a um escorregamento maior do que 1. Isto pode ocorrer quando se faz a inversão na conexão de 2 fases do estator, provocando a mudança no sentido de rotação do campo. O torque produzido (que tende a acompanhar o campo girante) se opõe ao movimento do rotor, levando a uma frenagem da máquina. O torque presente é pequeno, mas as correntes são elevadas. A energia retirada da massa girante é dissipada internamente na máquina, levando ao seu aquecimento, que pode ser excessivo. Tal modo de operação não é normalmente recomendado 14. O que é uma bobina de passo encurtado ou fracionário? Geralmente, com o objetivo de diminuir ou mesmo eliminar harmônicas espaciais de fmm, diminui-se o passo de distribuição das bobinas, na qual o passo da bobina foi encurtado de uma ranhura (o equivalente a 30° elétricos), o que resulta no passo de 5 ranhuras (15° graus elétricos). No enrolamento de bobinas de passo pleno que cada ranhura tem somente condutores da mesma fase e no de passo encurtado algumas ranhuras alojam condutores de fases diferentes. Ao se encurtar o passo das bobinas de δ radianos elétricos, pode-se demonstrar que as amplitudes dos componentes da série de Fourier da distribuição retangular de fmm são multiplicadas pelo fator Kc, denominado fator de encurtamento CONCLUSÃO / PARECER Essa pesquisa em geral aprimora nossos conhecimentos em sistemas trifásicos, nos proporcionando assim um complemento amplo se considerar os estudos em sala e experimentos em laboratórios. Bibliografia FRANCHI, Claiton Moro. Inversores de Frequência. Ed. Érica Máquinas Elétricas Fitzgerald 6 edição. Máquinas Elétricas de Geraldo Carvalho.
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