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003.tgv HPHP48-E-@§�,*pé�Caracteristica conj x veloc (MI) rth Xth r2 X2 __ __ __ __ __ I2 | | | Vth _r2_(1-S) | S | -------------------- Cmi=_Pmi_(Pot mec interna) Wrotor (veloc angular rotor) S=escorregamento ² m1._r2(1-S)_.I2 Cmi=________S___________ Ws(1-S) I2=____________Vth______________ (rth+r2+_r2(1-S)_)+j(Xth+X2) ( S ) I2=_______Vth_____________ (rth+_r2_) + j(Xth+X2) ( S ) |I2|=__________Vth___________ | ² ² |(rth+_r2_) + (Xth+X2) \|( S ) ² m1._r2(1-S)_.Vth Cmi=______S__________ . ___1___ ² ² (rth+_r2_)+(Xth+X2) Ws(1-S) ( S ) reescrevendo ² Cmi=_m1.r2_ . _______Vth________ S.Ws ² ² (rth+_r2_)+(xth+X2) ( S ) Aplicando metade da tensao no motor ou Vth o conjugado cai ao quadrado ou seja de 1/4 Vn/2 Cmi=1/4Cn estavel Cmotor | | .Cmax Cmi | . | . Cp|.. . | . | . . | . | . . | | .. . | . -------------|----.-- | Cmm | ......Cr | ...|../ . | ..../ | . |..../ | . |_____________|____.__Ws n (S) S=1 | W=0 W2 Cmax = regiao estavel para qual- quer variacao Cn=conj nominal Cp=2 a 3.Cn (motor de classe N) reescrevendo: Cmi=_m1.r2_._______Vth²__________ S.ws (Rth+r2/S)²+(Xth+X2)² Conjugado resistente: _Cu conjugado util (realiza trab) _Co conjugado de perdas atrito (constante) Cr-Cu + Co x Cr=Co + kr.w x caract variacao x velocidade Co atrito k tipo de maquina w veloc eixo da maq ou Cr 1.3.2. Caract teorica mecanica x=0 Cr | |--------- | Co+kr _|___________w(rad/s) ex: guinchos, talhas, ponte rolante, correia, transportadora, cargas de atrito 1.3.3. Caract mecanica linear x=1 Cr | / | / Co|/ |______w Cr=Co + kr.w ex: calandra, moinho de rolos, plainas, gerador CC com excitacao independente 1.3.4. Caract mecanica parabolica x=2 | . | . | . |... |_________w ex: bombas centrifugas, compres- sores centrifugos, ventiladores 1.3.5. Caract mec hiperbolico x=-1 Cr | . | . | . | | . | | .. |______|___w w1 w2 faixa de veloc de trabalho abixo de w1 w acima de w2 os conjugados nao sao reais ex:furadeira, serras de discos, bobinadeira P = C . W C(Nm)=_P(watt)_ n(rpm); kw W (rad/s) C(Nm)=9550._P(kw)_ n(rpm) w=_2f_____.2 = n polos=_4f_ n polos w n=_120.f__ n polos=_120.n_ n polos n(rpm) w=__4f__ w=_.n_ _120.f_ 30 n C(Nm)=9550._P(kw)_ n(rpm) Ci= J.dw/dt condicao de equilibrio: C(motor)=Cr+Ci C(motor)=Cr condicao de equil. Cmotor - Cr = J dw/dt Ca = Cmotor - Cr Ca=Jdw/dt conj aceleracao Momento de inercia: v=w.R Ec=1/2.mR².w² Ec=1/2.J.w² 1.4.4. Conjugado resitente ref ao eixo do motor 1800rpm // A -- Motor -- // - A w Cr // \\ B -- \\ -- Maq -- B w1 \\ Cr1 20Nm 3600 rpm Cr=Cr1._w1_._1_ w Cr=20._3600_._1_ Cr=50 Nm 1800 0,8 perdas por aquecimento nas engre- nagens por isso ww1 pelo fato de w ser diferente de w1 e considerando que a potencia Pmotor = Pmaquina e nao ha perdas na transmissao o conjunto resistente e diferente Pmotor=Pmaquina + Perdas transmis sao (watt) P=C.w =_Pmaquina_=_____Pmaquina_____ Pmotor Pmaquina - Perdas (Cr.w).=Pmaquina (Cr.w).=Cr1.w1 _Cr_ = _w1_ . _1_ w=rad/s Cr1 w +1 é�M��Øû±�� 002.tgv HPHP48-E-@§�,*¨�Fluxo de potencia: Pot eletrica - Fluxo de - Rotor vinda da Mag Estat rede __________ |estator | | ------ |__ \ ||Rotor | |__ ||______| | W(carga mec) |__________| Pmi Pje Pjr / Pa___||__ ___||_/_ |esta | |rotor/ | S|tor Pem| | Cmi/ |P2=Pmec |___ __|Pem|___/____| (carga) || \___/ || Phf perdas Pav puramente eletricas Pa=pot aparente VA S =pot reativa VAr Pje=perdas joulicas estator Pme=pot eletromagnetica Phf=perdas histerese e fouclat Pjr=perdas joulicas rotor Pav=perdas atrito e ventilacao Pmi=Pot mecanica interna Cmi=Cojugado mec interno P = w.C Eq. de conjugado da maq eletrica P1-(Phf-Pj1)=Pem Pot entreferro | Perda Pot eletrica Pem - Pj2 = Pim Pot mec interna Pot eletromagnetica Pmi - Pav = Pmec = P2 Placa motor | Pot mec Perdas atrito e ventilacao P1=3.Vff.Iy.cos (eletrica)pot de entrada ² Pmi=m1._r2_(1-S).I S m1=numero de fases do motor sistema trifasico: ² Pmi=3._r2_(1-S).I S Pj1 = perdas joulicas no estator ² Pj1=m1.r1.I1 Pj2 = perdas joulicas no rotor ² Pj2=m1.r2.I2 P = C . W pot Conjugado velocidade W=Ws(1-S) velocidade do estator+1 é�M��Øû±�� 001.tgv HPHP48-E-@§�,*°Ú�Acionamento Elétrica _______ _______ |Aciona | |Maquina| |mento |---|Mecanic| |_______| | |_______| transmissao ex: Motores eletricos (motor de inducao) caracteristica: _ Velocidade (RPM) _ Conjugado Resisente Cr (Nm) _ W (velocidade angular) rad/s Cmotor ... | . . |. . . | .. . |--------.- |________.__w | n (S) Cr| | |_________ constante independe |__________w da veloc. ex: guindaste Conjugado de partida muito alta utiliza motor de corrente continua ex: Caminhao Fora de estrada, trolebus, metro neste casos ainda utiliza motor de corrente continua no entanto nos outros casos utiliza motores com inversor de frequencia Fluxo de potencia entre o estator e o rotor: M.I.(motor de inducao) ou (assin crono) Cmotor ... | . . |. . .. | .. . . |--------.-. |________._._w | Ws ou n1 Wn rad/s ou n(rpm) circuito eletrico equivalente (MI) 1Ø, estrela r1 X1 r2 X2 __ __ __ __ __ __ F I1 |Io I2 __|__ | | Rhf Xm |__ __| Ihf | Im __________|__________ N Modelo de carga mecanica (Param resistencia) r1 X1 r2 X2 __ __ __ __ __ __ F I1 |Io I2 | | |__ | | | _R2_(1-S) Vth Xm S | __| | | Im | __________|__________ N theven (r1+jx1)//rhf como Xm << rhf e estao em parale- lo sobra Xm despresa o rhf: theven (r1+jX1)//Xm rth Xth r2 X2 __ __ __ __ __ I2 | | | Vth _r2_(1-S) | S | -------------------- Zth = (r1+jX1)//(0+jXm) Zth = rth + jXth+1 é�M��Øû±�� 004.tgv HPHP48-E-@§�,*�Æ� eixo // A -- Motor -- // - A w Cr // \\ B -- \\ -- Tam -- B w1 \\ bor | V força | G Peso=mg Caso movimento linear: (Cr.w).=F.V _Cr_=_V_._1_ F w V=veloc de icamento F=forca depende do peso C = Cr + Ci Conj. inercia Jdw/dt (momen. inercia) C=conjugado motor Cr=conjugado resistente Ci=conjugado inercial 1.4.3.Momento de inecria referido ao eixo do motor(maq rotativa) eixo // A -- Motor -- // - A w J // \\ B -- \\ -- Maq -- B w1 \\ J1 J sistema Ç 20% J rotor transmissao motor energia cinetica movimento circul Ec=1/2.m.R².w² Ec=0,5.J.w² Ec(rede)=0,2.J(equival).w² Ec(rede)=energia cinetica referi da ao motor ou fonte ou rede Ec(rede)= _Jm.w²_+0,2_Jm.w²_+_J1.w1² 2 2 2 motor transmissao Maquina (rotor) 0,2.Jrotor multiplicando por (2/w²) J =Jm+0,2.Jm+J1(w1/w)² equivalente J =1,2.Jm + J1(w1/w)² equivalente Problemas:pag 30 apostila I1 I2 _r1___X1_ _____a__r2__X2__ | | | | | Io | V1 | |_ | | E1 |Im r2_(1-S)_ | | | S | | Xm | | | __| | | | | | _________|______b_________| rth Xth r2 X2 __ __ a__ __ __ I2 | | | Vth _r2_(1-S) | S | ----------b---------- Cmi=Cutil+Cav Pmi=Putil+Pav C=9550._P(kw)_ n(rpm) Vfn=220/1,7321V, MIRG, 60Hz, 4 polos, Y(estator) R1=0,30 R2=0,10 X1=0,50 X2=0,20 Xm=10 Perdas rotacionais = 400w S=2% (operacao) Pede-se n2, Cutil, Putil, I1, FP, n2=n1(1-S) 4 polos n1=(120.60)/4=1800rpm n2=1800(1-0,02) n2=1764rpm 220V Y 220/3 I=IY V1=1270 I2=________Vth__________ (Rth+R2/S)+j(Xth+X2) |I2|=_________Vth___________ (Rth+R2/S)²+j(Xth+X2)² Vth=V1.____jXm____ R1+j(X1+Xm) Vth=1270.____j10____= 120,91,64 (0,3+j10,5) Zth=? _1_=___1__ + _1_ = ___1____+_1_ Zth R1+jX1 jXm 0,3+j0,5 j10 Zth=0,272+j0,484 I2=____________Vth______________ (Rth+r2+_r2_.(1-S))+j(Xth+X2) S I2=________Vth__________ (Rth+_R2_)+j(Xth+X2) S I2=_______120,91,64_________ (0,272+_0,1_)+j(0,484+0,2) 0,02 I2=22,74-5,76 A 2 Putil=_R2_(1-S).I2 S 2 Cmi=_m1.R2.I2__ ws.s Cmi=_3.0,1.+(22,74)²__ 188,5.0,02 w=(.n1)/30 w=(3,1416.1800)/30 = 188,5rad/s Cmi=41,15Nm Cav=? Cav=Pav/w2 = 400/188,5(1-0,02) Cav=2,16Nm ou C=9550.0,400kw/1764 Cutil=Cmi-Cav = 38,98Nm Putil=Pmi-Pav 2 Pmi=_m1.R2.(1-S)_.I2 S Pmi=_3.0,1.(1-0,02).22,74²_ 0,02 Pmi=7601,5w Putil=7601,5-400 = 7201,5w Cutil=9550._P(kw)_ n2(rpm) Cutil=9550.7,2/1764 Cutil=38,98Nm I1=Im+I2 I1=I2+Iab Iab=_Vab_ jXm Vab=I2(R2+_R2(1-S)_+jX2) S Vab=I2(R2/S+jX2) Vab=22,74-5,76(_0,10_+j0,2) 0,02 Vab=113,79-3,74 V Iab=_Vab_ jXm Iab=__113,79-3,74__ j10 Iab=11,38-93,47 A I1=I2+Iab I1=22,74-5,76 + 11,38-93,47 I1=25,83-31,87 A FP=? Zmotor=____1270_____ 25,83-31,87 Zmotor=4,9131,87 /fase FP=cos 31,87 FP=0,849 =? =Putil/Pentrada*100% =_______7201,5w____________ 3.127.25,83.cos31,87 =86,17% +1 é�M��Øû±�� 005.tgv HPHP48-E-@§�,*0î�Problemas a1 // A - Motor - - // - A w na=6.nb // b2 \\b1 B - \\ -- \\ - B w nb=10.nc \\ \\ //c1 C - //----tambor - C w nc // | F veloc tangenc |V=0,62m/s G=20kN=mg diam tambor=0,40m total do sistema transmissao =95,25% AA/BB=6 BB/CC=10 relacao total=6.10=60 Pmotor; Cmotor, J equiv Prc=F.v = 20kN.0,62m/s Prc=12,4kw(pot resist na carga Pmotor=_Pr_=12,4kw/0,9025 Pmotor=13,74kw (pot saida motor) Cmotor=? Cra=Fc(Vc/wa).1/ Cra=Fc(Vc/Vc/R).1/ veloc linear = veloc angul . raio v=w.R Vc=wc.Rc wc=0,62/0,2 wc=3,1rad/s wa=wc.(6.10) wa=60.wc wa=60.3,1=186rad/s Cra=20e3.(0,62/186).1/0,9025 Cra=73,87Nm Crc=F.rtambor=20kN.0,2m=4kNm conjugado no eixo c referido para o A Cra=Crc.(3,1/186).(1/0,9025) Cra=4kNm.1/60vezes.1/0,9025 Cra=73,87Nm Jeq(energia acumulada) J=Jacoplam+Ja1+J'b1+J'b2+J'c1+ J'tambor J=0,075+0,05+0,525(1/6)²+0,159. (1/6)²+1,375(1/60)²+400(1/60)² relacao relacao do eixo b do eixo c p/ eixo a p/ eixo a J=0,26kgm² 3,1rad/s = (3,1.30)/3,1416 Ca=C-Cr=Jdw/dt Ca=conjugado de aceleracao MIRG Tempo de Partida x Corrente Parti Motor:Sobreaquecimento rotor* estator Capacidade de aceleracao: Ta < T rotor bloqueado rotor bloqueado Ip=8.In C-Cr=Ca=Jdw/dt w2 dt=Jdw/dt ta=J dw/Ca w1 m ta= ti = t1+t2+... i=1 m=n. de intervalos dw ti=Jw1/Cami Cami conj aceler medio integrado Cmedio=0,60. Cp(D) Cmedio=0,45(Cp+Cm) (N,H) ta=J._w2-w1_ _rad/s_ Cam Nm ta=G.D²._n2-n1_ 375Cam Ca=C-Cr=Jdw/dt resistente motor aceleracao 2.2.4.Tempo de desaceleracao: Td=J._w2-w1_ Crm 2.2.5. Tempo de frenagem tf=J._w2-w1_ Crm+Cfm +1 é�M��Øû±�� 006.tgv HPHP48-E-@§�,*���Exercicio compressor centrifugo, Jcomp= 4kgm² MIRG, categoria N ncomp=1755rpm Catrito=9Nm Crn=90Nm multiplicador1:1,50 =89,4% 1 // MIRG --- // - A // \\ B - \\ ---compressor -- B \\1,5 compressor centrifugo 2 Cr=Co + k.w conj varia com o quadrado da veloc Prn=_Crn.wcompr_=_90.1755_.__1__ compr 9550 0,894 \__maq__/\_mult/ Prn=18,50kw w=.n/30=3,14.1755/30=183,69rad/s Prn(motor)=90.1755/9550=16,54kw ou Prn(motor)=Crn.w Prn(motor)=90.183,69=16,53kw n(motor)=1755/1,5=1170rpm weg 18,5kw 220v 1165rpm Cn=150Nm=Cp/Cn=2,5 Cp=2,6pu Cmax=2,8pu Jmotor=0,2696kgm² tb=8seg, cat N classe B Capabilidade de aceleracao: ta<=tb ta=J/Cam Cam=Cmm-Crm J=1,2.Jmotor + Jcomp(1,5/1)² considera multiplicador J=1,2.0,2696+4(1,5)² J=9,32kg.m² Cmm=0,45(Cp+Cn) Cmm=0,45(2,6+2,8) Cmm=2,43pu (categoria N) Cmm=2,43.150Nm Cmm=364,5Nm Crm=Co+_Cr-Co_=9+_90-9_ 3 3 Crm=36Nm Cam=Cmm-Crm'(ref eixo motor) Crm'(motor)=36.(1,5/1).(1/0,894) Crm'(motor)=60,4Nm Cam(motor)=364,5-60,4=304,1Nm ta=J._(n2-n1)_ Cam(motor) n2=1165rpm=122rad/s ta=9,32._(122-0)_ 304,1 ta=3,74seg ta=3,74s<tb=8s Cf(conj frenagem) p/ tf=2,5s tf=J._(w2-w1)_ Crm+Cfm Cfm=J_(w2-w1)_ - Crm'(motor) tf Cfm=9,32._(122-0)_ - 60,4 2,5 Cfm=394,4Nm 2.7 Aquecimento do MI na partida 2.7.2.Calor gerado no rotor durante a partida(carga desaco- plada) 2 Cmi=_m1.r2.I2__ ws.s Cm=Cr+Jdw/dt Cr=0 Cmi=Cm Cm=Jdw/dt 2 Jdw/dt=_m1.r2.I2__ ws.s s=__ws-w__ ds/dt ws _d(ws-w)_ _ds_=_-1_._dw_ ws dt ws dt _dw_ = -ws_dw_ dt dt 2 2 2 Er=_J.ws (s1 -s2 )_ 2 Partida do repouso S1=1; S2=0 2 2 2 Er= _J.ws (s1 -s2 )_ 2 2 Er=_Jws (1-0)_ 2 2 Er=_Jws__ (energia cinetica) 2 Plugamento pos funcionamento a vazio(frenagem por inversao de fase) S1=2, S2=1 Er=3.J.ws²/2 \_Ec_/ 2 2 Er=J._ws²_(s1 -s2 ) 2 Er=J._ws²_(4-1) 2 Er=3.J_ws²_ 2 Motor a vazio Plugam invers rotacao S1=2, s2=0 Ec=_jws²(2²-0²)_ 2 Ec=2.J.ws²+1 é�M��Øû±�� 100.tgv HPHP48-E-@§�,*0¦�conceitos basicos de operacao do motor de inducao f1=_P.n1_ ; n1=_120.f1_ 120 P n1=veloc campo magnetico girante f1=frequencia da rede P =numero de polos do motor S=_n1-n_ ; n=n1(1-S) n1 S=escorregamento em % ou pu n=veloc do rotor em rpm ou rad/s n1=veloc do campo em rpm ou rad/s w=_2n_ 60 w=velocidade em rad/s n=velocidade em rpm circuito equivalente completo de um motor para uma fase: I1 I2 _r1___X1_ ___r2__X2__ | | | | | Io | V1 | _|_ | | E1 Iw| |Im r2_(1-S)_ | | | | S | | rw Xm | | | |___| | | | | | _________|____________| V1=tensap de fase E1=tensao induz pelo fluxo girant I1=corrente no estator r1=resit enrolamento estator X1=reat dispersao enrolam estator rw=resist equiv perda mag estator Xm=reatancia magnetica Io=corrente a vazio Iw=corrente perdas mag estator Im=corrente magnetizante r2=resist fase enrolam ref estat X2=reat disp fase rotor ref estat I2=corrente do rotor ref estator tensao de thevenin: circuito equivalente do motor de inducao sem a resistencia rw I1 I2 _r1___X1_ _____a__r2__X2__ | | | | | Io | V1 | |_ | | E1 |Im r2_(1-S)_ | | | S | | Xm | | | __| | | | | | _________|______b_________| Vth=V1.___jXm____ r1+j(X1+Xm) Zth=Rth + jXth (imped ab) colocando a fonte de tensao em curtocircuito r1 + jX1 em paralelo co jXm 2 Pem=I2 ._r2_ = SPem+(1-S)Pem S Pem=potencia eletromagnetica 2 I2 .r2_(1-S)_=(1-S)Pem = Pmi S Pmi=potencia mecanica interna A pot mec util disponivel no eixo sera obtida subtraindo de Pmi as perdas rotacionais a vazio. Pot nominal indicada na placa e a pot util disponivel no eixo 2 2 Ci=_Pmi_=_I2.r2(1-S)/S_=_I2.r2_ w1(1-S) w1.S Ci=conjugado interno Nm pmi=pot mec interna watts w=rad/s I2=________Vth_________________ |(Rth + _r2_)² + (Xth + X2)² ( S ) I2=corrente do rotor Ci=_m1.r2_=___________Vth²_______ w1.S |(Rth+_r2_)²+(Xth+X2)² ( S ) m1=numero de fase w1=veloc sincrona do campo rad/s Conjugado de partida ou conjugado com rotor bloqueado: Cp; S=1 Conjugado minimo, Cmin: Conjugado maximo ou conjugado critico, Cm Cm=______m1.Vth²___________ 2w1[Rth+Rth²+(Xth+X2)²] Fator de sobrecarga mecanica: Sm=______r2___________ Rth² + (Xth + X2)² Conjugado nominal ou de plena carga, Cn: desenvolvida da condicao nominal Conjugado motor medio, Cmm Cmm=0,60.Cp Cmm=0,45(Cp + Cm) Cr = Cu + Co Co=conjugado de atrito Cr=conjug reativo ou resistente Cu=conjugado util Ci=j_dw_ dt Ci=conjugado inercial j = momento de inercia C=Cr + Ci=Cr + j_dw_ dt C=conjugado motor Ca=conjugado de aceleracao C-Cr=j_dw_ = Ca dt se C > Cr: derivada de dw/dt e positiva, veloc motor aumenta no sentido considerado positivo se C < Cr: derivada de dw/dt e negativo, veloc motor diminui no sentido contrario ao sentido considerar positivo) motor desli- gado ou frenando e o conjugado de desaceleracao se C = Cr: drivada de dw/dt e zero, velocidade w constante motor funcionando em uma condicao de regime estavel +1 é�M��Øû±�� 101.tgv HPHP48-E-@§�,*ð�MOMENTO DE INERCIA Ec=_m.v²_ 2 m=massa do corpo em kg v=velocidade em m/s Ec=energia cinet acumulada joules veloc linear ou tangencial da massa m situada a uma distancia R do eixo de rotacao que gira a uma velocidade de w rad/s e, como sabemos, v=wr. Ec=_mR²w²_ = _Jw²_ 2 2 J=mR²=_GD²_ 4g GD²=momento de impulsao J=inercia G peso do corpo [N] g aceleracao da gravidade [m/s²] D=2R diametro de giracao J=_GD²_ 4 cilindro macico: D²=_d²_ 2 Esfera macica: D²=0,4.d² Cone macico: D²=0,3d² Cilindro oco: D²=_d1²+d2²_ 2 Tronco de cone 5 5 D²=0,3._d2_-_d1_ 3 3 d2 - d1 MOMENTO DE INERCIA REF EIXO MOTOR // A __ motor __ // ______ A wm Jm // \\ B -- \\ -- Maq -- B w1 \\ J1 energia cinetica armazenada nele sera igual a soma das energias cineticas armazenadas em cada um dos momentos de inercia do conj. _Jwm²_=_Jmwm²_+0,2_Jmwm²_+_J1w1²_ 2 2 2 2 _Jwm²_=1,2_Jmwm²_+_J1w1²_ 2 2 2 J=1,2.Jm + J1(w1/wm)² +1 é�M��Øû±�� 3.tgv C1E1.tgv C1E13.TGV HPHP48-E-@§�,*ÐË�Uma planta industrial possui geraçao propria na frequência de 50 Hz. A maior parte da carga é constituida de bombas centrifugas acionadas por motores de induçao de rotor em gaiola. Foi decidido eliminar a geraçao propria e comprar energia da concessionária cuja frequência é de 60 Hz. Quais as consequências desta mudança sobre os motores e que medidas podem ser tomadas para resolver os problemas surgidos? Quando foi introduzida a frequência de 60 Hz, os motores passaram a girar com uma velocidade �U60�U = 1,2 50 vezes maior do que em 50 Hz. Desde que a tensao aumentasse proporcionalmente ao aumento da frequência, a operaçao dos motores nao teria alteraçoes significativas, pois o fluxo permaneceria o mesmo e, em consequência, os conjugados disponiveis se manteriam praticamente os mesmos. Porém, girando a uma velocidade 1,2 vezes maior do que antes, a potência que as bombas centrifugas iriam requerer dos motores acionadores seria (1,2)�33�1= 1,728 vezes a potência que requeriam em 50 Hz, pois sua caracteristica mecânica é parabolica, isto é, varia com o quadrado da velocidade, conforme mostra o problema 2 da prova. Obviamente, nao seria possível aos motores operar com uma sobrecarga continua de mais de 70%. A soluçao poderia ser introduzir sistemas de reduçao de velocidade entre o eixos dos motores e o eixos das máquinas de relaçao 50/60 = 0,8333, de modo a fazer com que as máquinas voltassem a girar à mesma velocidade em 50 Hz, ou instalar inversores de frequência que mantivessem para os motores a mesma frequência de 50 Hz. +1 é�M��Øû±�� C1E2.tgv C1E2C.TGV C1E3.tgv C2E1A.tgv C2E1B.TGV C2E1C.TGV C2E2.TGV C2E2A.tgv HPHP48-E-@§�,*н�A curva característica do conjugado motor está indicada na figura 2.03. A máquina que ele aciona está acoplada diretamente ao seu eixo e o seu momento de inércia vale 2,8 kgm2. Sua caracteristica de conjugado é constante com a velocidade e na condiçao operacional do problema o conjugado requerido é 0,80 pu. Pede-se: a) Qual a potência que a máquina solicita do motor? b) Qual o tempo de aceleraçao para o motor atingir a velocidade de regime? c) Qual o tempo de desaceleraçao sem usar freios? Solucao a) A potência requerida pela máquina é igual à potência fornecida pelo motor pois o acoplamento sendo direto, nao há perdas, ou seja, Pr = Cr*n/9550 Porém, como o motor nao está operando na sua condiçao nominal,n nao pode ser tomado igual a 1755 RPM. O ponto de operaçao do motor será o ponto N da característica ao qual corresponde a velocidade n procurada. Por semelhança de triângulos, teremos: MT1700 = NTn =�U(1800-1700)�U=�U2,9 (1800-n) 0,8 n = 1772,4 RPM n = 185,6 rad/s Cr = 0,8*50 = 40 Nm Substituindo os valores na equaçao da potência, teremos: Pr=(40*1772,4)*9550 Pr = 7,42kW b) O tempo de aceleraçao será igual a ta = J(�Uw2-w1), C�4am onde w1 = 0, w2 = 185,5rad/s J=0,0465+2,8 = J = 2,8465kgm�32 Cam=Cmm-Crm = Cam=0,45(Cp+Cm)-Crm Cam=0,45(2,5+2,9)-0,8 Cam = 1,63pu =81,5Nm Subdtituindo os valores teremos Ta = 2,8465((185,5-0)/81,5) ta = 6,48s Td = J((w�42-�1w�41�1)/Crm) Td = 2,8465((185,5-0)/40) Td = 13,2 s+1 é�M��Øû±�� C2E3A.tgv HPHP48-E-@§�,*PÑ�03) Uma bomba centrifuga, cuja caracteristica mecânica está indicada abaixo, deverá ser acionada por um motor de induçao trifásico, rotor em gaiola. Ela está acoplada ao eixo do motor através de um redutor de velocidades de relaçao igual a 0,50 e rendimento 0,94. O momento de inércia da bomba vale 7,5 kgm2 e sua velocidade nominal é 880 RPM. Cr=1,87*��35�1n²+0,14n+15,3 (Cr em Nm e n em RPM) Pede-se escolher o motor tipo IP55, categoria N, do catálogo da WEG adequado para fazer o acionamento, dando sua potência, numero de polos e comparando o tempo de aceleraçao com o tempo de rotor bloqueado. Usar o método dos conjugados médios. Soluçao O conjugado nominal requerido pela bomba na sua condiçao nominal de operaçao será: Crn = (1,87*��35�1*880²)+ (0,14*880)+15,3 Crn = 153Nm Portanto a potencia requerida será Prn = (153*880)/9550 Prn = 14,09kW A potenca solicitada aomotro nesta condiçao será: Pmot = Prn/ Pmot = 14,09/0,94 = Pmot =15kW Consultando o catálogo da WEG, o seguinte motor poderá escolhido: 15 kW; 220 V; 60Hz; 4 polos; 1760 RPM; Cn = 80 Nm; Cp =2,2 pu ; Cm = 2,7 pu Jm = 0,0722 kgm2; tb = 6 s; Categoria N; Classe B. A verificaçao quanto a capabilidade de aceleraçao será feita a partir do cálculo do tempo de aceleraçao: Ta= J(w2-w1)/Cam , onde w1 = 0 rPM w2 = 1760rpm 184,3 RAD/S J=(1,2*0,0722)+(7,5*0,5²) J = 1,96 kgm² Cam = Cmm-Crm, onde Cmm=0,45(Cp-Cm) Cmm = 0,45(2,2+2,7) Cmm = 2,205pu Cmm = 176,4Nm Crm = Co+(Crn-Co)/3 Crm = 1+(1-0,1)/3 = 0,4pu Crm = 0,4*80 = 32Nm teremos ta = 1,96*((184,3-0)/176,4-32) Ta = 2,5s<6s Logo , o motor possui capabilidade de aceleraçao +1 é�M��Øû±�� C2E3C.TGV HPHP48-E-@§�,*P�03) Especificar um MIT categoria N, para acionar um soprador de ar (caracteristica parabolica crescente) cujo momento de inércia vale 8 kgm2. O conjugado nominal do soprador é 75 Nm à velocidade de 1760 RPM e seu conjugado de atrito é 10% do nominal O motor deverá ser especificado pelo Catálogo Geral de Motores Elétricos da WEG para as seguintes condições: a) Quando o soprador estiver acoplado diretamente ao eixo do motor; Passos para especificar um motor: �B1-Estabelecer a potencia �Brequerida pela maquina P[kW]=�UCrn[Nm] * n[rpm] 9550 onde: Crn = conjugado total requerido pela maquina P�4reqmaq�1=75*1760/9550=13,82kW como a maquina está acoplado diratamente o motor, nao há perdas na transmissao e logo: P�4reqmaq�1= Pmotor Mas se houvesse perdas na transmissao, será necessário conhecer o rendimento da transmissao Pmotor =�U P�4reqmaq�1 �4transm �B2-Estabelecer numero de �Bpolos do motor Já que a velocidade do eixo do motor é 1760RPM pode se supor que a velocidade sincrona (Ns) será 1800RPM Ns=(120*F)/Polos Polos = 120F/Ns Polos=120*60/1800 N�3o�1 polos = 4 �B3- Encontrar no catalogo �Bum motor com o numero �Bde polos especificado �Be a potencia igual ou �Bmaior que a calculada. Assim os dados de catalogo sao: MITRG 15KW Cn=61,2Nm Cp=2,3pu Cmax=2,8seg Tb=5seg Vn=1755rpm �B4- Verificar se o tempo de �Baceleraçao é inferior �Bque o tempo de rotor �Bbloqueado (Tb)�B, a fim de evitar que a temperatura no motor ultrapasse seu limite. Ta = J *�U w2-w1 Cam w:em radiano onde: * Cam= Cmm-Crm Crm= Co +�U Crn-Co 3 Co=7,5Nm Crn=75Nm Crm=7,5 + (75-7,5)/3 Crm=30Nm Cmm = 0,45(Cp+Cmax) Cmm=0,45(2,3*61,2 + 2,8*61,2) Cmm=140,45Nm Cam=140,45-30 Cam=110,5Nm * Calculo do momento de inercia (lembrando que nesse caso o motor e a máquina estao na mesma velocidade, logo nao é necessario referir) J=1,2*Jmotor+Jmaq Jmotor=0,058 Kgm�32 Jmaq=8 Kgm�32 J= 1,2*0,058+8 J=8,07Kgm�32 Voltando ao tempo de aceleraçao: Ta=8,07*�U(1760*/30 - 0) (140,5 - 30) Ta=13,5 segundos ou seja: Ta>Tb assim o motor nao irá partir. Logo deve ser especificado um motor com Tb maior e consequentemente de uma potencia maior. Ou ser utilizado um sistema mecanico de transmissao ********************** b) Verificar se motor de 15KW com o soprador acoplado, é capaz de partir através com a adiçao de um redutor de velocidades de relaçao iguala 0,5 e rendimento 0,95. *A nova potencia requerida pela maquina será: P�4reqmaq�1=75*(1760/2)/9550 P�4reqmaq�1= 6,9kW como há perdas na transmissao: Pmotor = P�4reqmaq�1/ Pmotor = 6,9/0,95 Pmotor =7,3kW * O numero de polos do motor nao irá variar(4 polos) * Motor escolhido no catalogo MITRG 15KW Cn=61,2Nm Cp=2,3pu Cmax=2,8seg Tb=5seg Vn=1755rpm * Tempo de aceleraçao Ta = J *�U w2-w1 Cam onde:(igual ao valor anterior) Cam=110,5Nm * Calculo do momento de inercia J=1,2*Jmotor+Jmaq(w1/w2)�32 J= 1,2*0,058+8*(0,5)�32 J=2,07Kgm�32 Voltando ao tempo de aceleraçao: Ta=2,07*�U((1755*/30) - 0) (110,5) Ta=3,45 seg ou seja: Ta<Tb assim o motor irá partir. +1 é�M��Øû±�� C2Q3B.TGV HPHP48-E-@§�,*0(�Um motor deverá ser escolhido para acionar uma maquina cujo ciclo operacional deverá ser o seguinte : a)Partida com maquina acoplada, porem sem realizar trabalho b)Operaçao em regime durante 20 segundos consumindo 3,7 KW c)Parada do motor por plugueamento, maquina sem realizar trabalho d)Tempo de repouso 15 segundos e)reinicio do ciclo que se repete ao longo do dia O motor disponivel é de 3,7Kw, 6 polos,60HZ categoria D, cujo momento de inercia vale 0,0637Kgm2. A carga deverá ser acoplada diretamente ao eixo do motor e seu momento de inercia vale 0,059Kgm2. O motor possui os seguintes dados: Relaçao Rth/r2=0,63 Perda Total em regime(cond. minima): 700 Watts Perdas permitidas para uma elevacao de temperatura de 50 graus celsius : 300 watts parado 820 watts em regime Verificar se o motor disponivel é adequado para o acionamento Obs:Este regime de trabalho é chamado de regime Intermitente Periodico S5 Soluçao : A perda de energia no motor (rotor+estator) durante uma aceleraçao será igual a : Em=�U((0,0637+0,059)*125,66x125,66) 2 *x (1-0)(1+0,63)= Em= 1579 Watts Perda durante o funcionamento em regime : Emr=700x20=1400 W Perda durante o plugueamento : Emp=3x1579=4737 Watts Perda durante todo o ciclo Emt= 1579+14000+4737= Emt= 20316 watts Portanto, a cada ciclo sao gerados 20316 watts de calor que devem ser dissipados para o meio ambiente, no mesmo periodo, caso contrario, ao longo do dia, a temperatura do motor iria se elevando e poderia ultrapassar o valor limite de sua classe de isolamento.Assim, o motor deverá ser capaz de dissipar para o meio ambiente, durante um ciclo operacional o minimo de 20316 watts . Segundo dados do fabricante, para que seja mantida a elevacao de temperatura de 50° Celsius, o motor deverá ser capaz de dissipar uma perda de 820 Watts e em regime e 300 watts parado. Em termos de calor teremos : calor que o motor é capaz de dissipar em regime : 820 x 20=16400 watts idem, quando parado : 300x15=4500 watts Total : 20900 watts Podemos concluir que o motor terá condiçoes de realizar o acionamento sem o prejuizo de seu isolamento termico, pois tem capacidade de dissipar mais calor do que está sendo gerado. Como conclusao, podemos verificar que o motor deverá partir 3600/(20+15)=103 vezes por hora+1 é�M��Øû±�� Cap2E4.TGV HPHP48-E-@§�,*0Ø�Tabela de um MIRG, Cat H, a plena tensao: C(pu) Vel(pu) CP 2,80 0,00 2,90 0,20 3,00 0,45 3,25 0,80 Cmax 3,50 0,93 1,00 0,97 0,00 1,00 O conjugado nominal e a velocidade sinc foram tomadas como base. O motor aciona uma maquina acoplada diretamente ao seu eixo cujo conj é constante com a velocidade. O momento de inercia total do conjunto possui um valor tal que o tempo de aceleracao para atingir a velocidade nominal do motor, com um conjugado de acel constante igual a 1,3pu é igual a 1,5seg. Durante a operacao na condiçao nominal houve uma queda de tensao subita de 50%. A tensao permaneceu nesse valor por 4seg, sendo em seguida restaurada a cond. nominal a) O motor vai parar? Se nao, qual a veloc que ele atingira antes da tensao retornar? b) O motor conseguira se reacelerar e atingir vel. nominal? Em quanto tempo? C(n) = Contante! J => ta(partida) com ca=1,3pu = 1,5seg Ca= Jdw/dt => 1,3pu * 1,5s J=-------------- (0,97 - 0) pu J = 2,0103s (Unidade de inércia) A) V = 50% durante 4seg Entao: Cmax = 3,5 * 0,5�32�1 Cmax = 0,875pu Ca = Jdw/dw Cm - Cr = Jdw/dt (w'-w'') td = J*------- = Cdm (wf-wi) =J*--------- C'mm - Crm C'mm = 0,45(C'p + C'max) C'mm = 0,45(0,7 + 0,875) C'mm = 0,7088pu Crm = 1pu Cdm = -0, 2912pu (w' - 0,97) td = 2,0103*--------- -2,2915 p/td = 4s: w' = 0,39pu p/w' = 0: td = 6,7s Conclusao: o motor nao vai parar B) (w'-w'') ta = J*--------- = Cmm - Crm (0,97 - 0,39) 2,0103*------------- (2,83 - 1) ta = 0,635s Cmm = 0,45*(2,8+3,5) Cmm = 2,835pu+1 é�M��Øû±�� Cap2Q4.TGV HPHP48-E-@§�,*0Ø�Tabela de um MIRG, Cat H, a plena tensao: C(pu) Vel(pu) CP 2,80 0,00 2,90 0,20 3,00 0,45 3,25 0,80 Cmax 3,50 0,93 1,00 0,97 0,00 1,00 O conjugado nominal e a velocidade sinc foram tomadas como base. O motor aciona uma maquina acoplada diretamente ao seu eixo cujo conj é constante com a velocidade. O momento de inercia total do conjunto possui um valor tal que o tempo de aceleracao para atingir a velocidade nominal do motor, com um conjugado de acel constante igual a 1,3pu é igual a 1,5seg. Durante a operacao na condiçao nominal houve uma queda de tensao subita de 50%. A tensao permaneceu nesse valor por 4seg, sendo em seguida restaurada a cond. nominal a) O motor vai parar? Se nao, qual a veloc que ele atingira antes da tensao retornar? b) O motor conseguira se reacelerar e atingir vel. nominal? Em quanto tempo? C(n) = Contante! J => ta(partida) com ca=1,3pu = 1,5seg Ca= Jdw/dt => 1,3pu * 1,5s J=-------------- (0,97 - 0) pu J = 2,0103s (Unidade de inércia) A) V = 50% durante 4seg Entao: Cmax = 3,5 * 0,5�32�1 Cmax = 0,875pu Ca = Jdw/dw Cm - Cr = Jdw/dt (w'-w'') td = J*------- = Cdm (wf-wi) =J*--------- C'mm - Crm C'mm = 0,45(C'p + C'max) C'mm = 0,45(0,7 + 0,875) C'mm = 0,7088pu Crm = 1pu Cdm = -0, 2912pu (w' - 0,97) td = 2,0103*--------- -2,2915 p/td = 4s: w' = 0,39pu p/w' = 0: td = 6,7s Conclusao: o motor nao vai parar B) (w'-w'') ta = J*--------- = Cmm - Crm (0,97 - 0,39) 2,0103*------------- (2,83 - 1) ta = 0,635s Cmm = 0,45*(2,8+3,5) Cmm = 2,835pu+1 é�M��Øû±�� ELV1.tgv EqThevenin.TGV Ex1.TGV HPHP48-E-@§�,*�Ð�1)Um motor de induçao trifásico, rotor em gaiola, possui os seguintes dados de placa: 331,2 kW - 4160 V - 60 Hz - 8 polos - 892 RPM Ele opera acionando uma carga menor do que a sua carga nominal, a uma velocidade de 894 RPM, desenvolvendo um conjugado igual a 2567 Nm. As perdas rotacionais a vazio valem 7,75 kW. Pede-se: a - Qual a potência mecânica util ou de saida P, em kW? b - Qual a potência mecânica interna (Pmi), em kW c - Qual a potência eletromagnética, em kW (Pem)? d - Qual a perda joulica total do rotor (DPj2)? e - Qual a potência de entrada (P1), sabendo-se que as perdas joulicas do estator (DPj1) sao iguais à do rotor? a) A potência mecânica util ou de saída P é dada por P(kW) =�U C(Nm)*n(rpm) 9550 P=�U2567*894�U=240,303kW 9550 b) A potência mecânica interna Pmi é igual à potência util somada às perdas rotacionais a vazio, ou seja: Pmi = P + Pv = Pmi= 240,303 + 7,750= Pmi= 248,053kW c) A potência Pmi está relacionada com a potência eletromagnética Pem por meio da seguinte relaçao Pmi = (1-s)Pem, logo Pem =�U Pmi 1-s No caso presente, o escorregamento com que o motor opera é igual a s =�U 900-894 �U 900 s = �U 6 900 Substituindo este valor na expressao da potência eletromagnética teremos Pem = �U 248,053 1 - �U 6 900 Pem = 249,718 kW A perda joulica do rotor está relacionada com a potência etromagnética Pmi Pj2 = sPem =�U 6 *�U249,718 900 Pj2 = sPem = 1,664kW A potência de entrada é igual a P1 = Pem+Pj1 = P1 = 249,718 + 1,664 P1 = 251,382kW +1 é�M��Øû±�� Ex2.TGV HPHP48-E-@§�,*Ðn�2)A caracteristica mecânica de uma máquina varia de acordo com a seguinte equaçao: Cr = 5+�³n + ��34�1n² (n em RPM e Cr em Nm) O seu momento de inércia vale 8,52 kgm�32 e sua velocidade nominal é igual a 750 RPM. Para acionar esta máquina, dispoe-se de um motor de induçao trifásico, rotor em gaiola que possui os seguintes dados de placa: 5,5 kW - 220 V - 60 Hz - 6 polos - 1160 RPM - Jm = 0,0504 kgm² Pede-se: a) O motor serve para fazer o acionamento, se o acoplamento for direto? Porque? Qual a potência que o motor deveria fornecer nesta condiçao? b) Se o acionamento fosse feito através de um redutor de velocidades, qual deveria ser o seu rendimento para que o motor pudesse operar exatamente na sua condiçao nominal? c) Qual a energia cinética armazenada no conjunto à velocidade nominal do motor? Soluçao a) Para que o motor possa realizar o acionamento é necessário que ele disponha no seu eixo de potência e conjugado suficientes para atender às exigências da carga em todas as condiçoes operacionais normais, em especial na sua condiçao nominal. No caso presente, a condiçao nominal da carga requer um conjugado igual a: Cr=5+�³(750)+��34�1(750)² Cr = 62Nm A potencia requerida será entao: Prn = �U62*750�U =4,869kW 9550 O motor disponível atenderia, se ele girasse a 750 RPM, pois sua potência é maior do que a requerida pela carga. Porém, sua velocidade é 1160 RPM e, sendo o acoplamento direto, essa seria também a velocidade da máquina. Nestas condiçoes, o conjugado requerido seria igual a: Cr�41760�1=5+�³(1160)+��34�1(1160)² Cr�41760�1=140,720Nm A potencia requerida será entao: P�41160�1=�U140,72*1160�U= 9550 P�41160�1= 17,092 kW Portanto, com acoplamento direto, o motor nao poderia ser usado. Como se pode verificar, este valor é aproximadamente igual à potência requerida na condiçao nominal (750 RPM), multi-plicada por �U(1160)�U³ (750)³ como era de se esperar , pois o conjugado resistente varia parabolicamente com o quadrado da velocidade e a potência requerida, aproximadamente com o cubo. b) O motor vai operar na sua condiçao nominal quando o seu eixo estiver fornecendo a potência de 5,5 kW, à velocidade de 1160 RPM. Assim sendo, o redutor deverá ter uma relaçao de velocidades igual �U750 �U = 0,646 1160 e seu rendimento sera = �U4,869 =�U 88,52% 5,5 c) A energia cinética armazenada no conjunto será igual a Ec =�U Jw² 2 sendo J o momento de inercia total do conjunto referido ao eixo do motor e w a velocidade do motor em rad/s. O momento de inércia J, referido é igual a: J=1,2Jm+Jmq�U(n�4mq�1)² �U = (n�4mot�1)² J=(1,2*0,0504)+(8,52(�U750�U)²) (1160) J=3,622kgm² A energia cinética armazenada será igual a: Ec = 3,622*(�U2**1160�U)² �U (60)² 2 Ec = 26724 Joules+1 é�M��Øû±�� Form.TGV Form2.TGV FormCJ.TGV FormEne.TGV FormP.TGV GRAF2.TGV Jeq.TGV
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