2° TP Acionamentos

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IPUC - INSTITUTO POLITÉCNICO
Curso de Engenharia Elétrica
SEGUNDO TRABALHO PRÁTICO
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
Alunos:	Mário Lúcio Sousa Lopes 
Osmar santos Júnior
Disciplina:	Acionamentos Elétricos
Professor:	Éderson Bustamante
Local e data:	Belo Horizonte, 26 de maio de 2004
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS
MOTORES ELÉTRICOS
Mário Lúcio Sousa Lopes
Osmar Santos Junior
Belo Horizonte, 26 de maio de 2004
ÍNDICE
INTRODUÇÃO	4
DESENVOLVIMENTO	5
 DESCRIÇÃO DO TP 	5	
1º CÁLCULO	5
 2º CÁLCULO	8
 3º CÁLCULO	9
 4º CÁLCULO	11
	12
1º CÁLCULO	12
 2º CÁLCULO	14
 3º CÁLCULO	15
 4º CÁLCULO	15
	16
1º CÁLCULO	16
 2º CÁLCULO	19
CONCLUSÕES	20
INTRODUÇÃO
A partida de um motor constitui um período transitório na sua operação ao qual estão associados alguns dos mais importantes problemas no acionamento elétrico. Ao ser ligado diretamente à rede elétrica, a tensão plena aplicada aos terminais do motor faz com que ele absorva um elevado surto inicial de corrente que chega a atingir 4 a 8 vezes o valor da sua corrente nominal. Este elevado surto de corrente, cuja duração está associada ao tempo de aceleração do motor, é denominada corrente de partida e ela pode provocar os seguintes problemas:
No motor:
	( Um forte aquecimento, num tempo muito curto da ordem de segundos, qi]eu pode causar sérios problemas no rotor tais como dilatação dos anéis de curo-circuito e deformação das barras da gaiola.
	( Esforços eletrodinâmicos entre espiras das bobinas do enrolamento do estator, causando atrito entre elas que resulta em fadiga e abrasão, erodindo o isolamento.
Na máquina acionada e no sistema de transmissão:
	( Choques mecânicos nos componentes do sistema de transmissão, devido ao conjugado resultante da corrente de partida, que pode danificá-los.
	( Uma aceleração muito rápida devido a um alto conjugado de partida pode provocar problemas ao produto.
Na rede elétrica e instalação:
	( Atuação indevida de fusíveis ou de relés de proteção contra sobrecarga instantânea se o tempo de aceleração for muito longo.
	( Quedas de tensão que prejudicam a operação de outros aparelhos e equipamentos, principalmente aparelhos eletrônicos.
	( Cintilação de lâmpadas, em especial as de vapor de mercúrio e vapor de sódio, que são muito sensíveis à variação de tensão.
DESENVOLVIMENTO
DESCRIÇÃO DO TP
2.1. Uma máquina de característica parabólica crescente com a velocidade está instalada em um local de altitude 1.500m e a temperatura ambiente chega a atingir durante algumas semanas do ano a 40º C. Os seus dados operacionais são os seguintes:
Conjugado nominal: Crn = 420Nm
Velocidade nominal: 1780 RPM
Momento de inércia: Jmq = 25 Kgm2
Conjugado de atrito: Co = 0,10 pu do conjugado nominal.
Ela está acoplada ao eixo do motor através de um multiplicador de velocidades de relação igual a 2 e rendimento desconhecido. Utilizando o catálogo da WEG, pede-se:
1º CÁLCULO
Escolher o motor para fazer o acionamento, verificando se ele possui capabilidade de aceleração e, em seguida, determinar o rendimento do multiplicador sabendo-se que o motor opera exatamente na sua condição nominal.
 
Do catálogo da WEG: fator de multiplicação: 0,97. 
Velocidade do Motor:
�� EMBED Equation.3 
Potência nominal requerida do motor:
Logo:
Utilizando o fator de correção:
Motor da WEG:
P = 90,00 kW
V = 220 V
f = 60 Hz
IP = 55
8 pólos
Cn = 98,5 Kgfm
J = 4,3666 Kgm2
Categoria N
Momento de inércia do conjugado refletido no motor:
�� EMBED Equation.3 �� EMBED Equation.3 
Tempo de aceleração da carga:
Cálculo de Cam:
�� EMBED Equation.3 
�� EMBED Equation.3 
Cálculo do multiplicador de velocidades (():
Cálculo da potência da carga:
Cálculo do (:
Cálculo do Conjugado Resistente da Máquina:
Crm Refletido
Cálculo do Tempo de Aceleração:
Se 890 RPM = 93,201 rad/s:
Verificando a Capabilidade:
tb = 14 segundos
ta < tb 5,728 < 14
Este resultado nos indica que possui capabilidade.
2º CÁLCULO
Se o motor for ligado à rede através de uma chave com indutâncias primárias, qual a tensão, em pu e em volts, que lhe deverá ser aplicada para que seu conjugado de partida seja igual a 1,6 pu.
Dados do motor:
Cp = 2,4 pu
Vlinha = 220V
C’p = 1,6 pu
V’ = ?
Utilizando a equação:
Teremos:
�� EMBED Equation.3 
V’ em volts:
V’=0,816x220V=179,629volts
3º CÁLCULO
Qual o valor da indutância, em henrys, e sua correspondente reatância, em ohms em pu? (Determinar o fator de potência do motor na partida usando a fórmula proposta por B.Y. Lipkin). 
Fórmula proposta por B.Y. Lipkin:
Motor da WEG:
cos( (plena carga) = 0,79
In = 323 A
Ip = 8,3 pu
( (plena carga) = 92,5 % = 0,925 pu
Cm = 2,4 pu
Calculando o escorregamento nominal:
	
	
Como Zp é o inverso da corrente de partida temos:
	
Calculando Z’p.
Se: 
	
Calculando a resistência e reatância do motor na partida:
	
Calculando enfim a reatância de partida Xa:
	Xa em pu:
	
Para obtermos Xa em ohms precisamos conhecer Zbase que será a impedância nominal do motor.
	
Logo:
	
Seu valor em Henrys será:
�� EMBED Equation.3 
4º CÁLCULO
Durante a aceleração, a tensão aplicada ao motor aumenta gradualmente, atingindo 115% do valor calculado em 2.1.2. Neste momento o escorregamento é igual ao escorregamento crítico e vale 8%. A comutação da chave para a tensão plena vai se fazer neste instante. Qual deve ser o ajuste do relé de tempo para comandar a operação?
 
J = 105,239 kgm²
W1 = 0
W2 = ?
�� EMBED Equation.3 
Calculando C’am:
C’am = C’mm – Crm Conjugado de Aceleração Médio Equivalente a Tensão reduzida.
Calculando o Conjugado médio motor a tensão reduzida:
 
	
Enfim calculamos ta :
2.2. Com relação ao motor escolhido na questão anterior, resolver os seguintes itens:
1º CÁLCULO
Se ele estiver desacoplado da carga qual será a energia dissipada, em kWh, durante uma partida direta? Qual a potência média, em kW, correspondente? (Supor que a relação entre a resistência do estator e do rotor vale 1,8).
Expressão para as perdas do motor na partida a vazio:
 dado no problema
S1= escorregamento inicial, como o motor está parado S1=1.
S2= escorregamento final, S2=0.
J= momento de inércia do motor, pois a carga esta desacoplada.
Ws= velocidade síncrona.
Logo:
Potência média perdida , durante a partida :
Cálculo de ta para partida a vazio :
Potência média perdida na partida a vazio:
2º CÁLCULO
Se a carga for acoplada qual será a energia dissipada, em kWh, durante uma partida direta?
 dado no problema
S1= escorregamento na partida, S1=1.
S2= escorregamento na velocidade nominal do motor, 
J= momento de inércia total, J= 105,239 kgm².
�� EMBED Equation.3 
Logo:
3º CÁLCULO
Se for feito um plugueamento ( parada com inversão da seqüência de fases ), com a carga acoplada, qual será a energia dissipada, em kWh?
S1= 2, pois:
S2= 1 (rotor parado)
Logo:
�� EMBED Equation.3 
4º CÁLCULO
Estando a carga acoplada, qual a energia dissipada, em kWh, quando se usou a chave de partida da questão 2.1. Comentar o resultado obtido.
Sendo:
V’=179,629 volts
V= 220 volts
Cmm= 2087,175Nm
O conjugado de partida será afetado, mesmo com a redução da corrente provocada pela chave de partida, pois a tensão na partida é menor.
	
2.3. Substituir o motor daquestão 2.1. por um motor tipo Dahlander, de mesma potência, escolhido no catálogo da WEG Motores. Supor que as relações entre as resistências do estator e do rotor, para ambos os enrolamentos, sejam iguais e valem 1,6. Pede-se:
1º CÁLCULO
Qual a energia economizada, em kWh, durante uma partida, em relação à energia dissipada na partida direta do motor escolhido em 2.1? A comutação para o enrolamento de menor número de pólos vai se dar no momento em que a velocidade do motor atingir 80% da sua velocidade síncrona.
Motor Dahlander escolhido:
P= 90kW em 1780rpm P= 60kW em 885rpm
J= 2,5985kgm²
Cp= 1,5/2,0pu
Cn= 627,84 / 490,5Nm
Cm= 2,0 / 2,9pu
tb= 35 / 14seg
V= 220V
OBS: Deveremos retirar o multiplicador de velocidade, pois só temos um motor Dahlander com 90kW em 1780rpm.
Cálculos dos novos Conjugados:
- Baixa velocidade:
 
Crm é o mesmo, portanto Crm = 168Nm
 
- Alta velocidade:
 
Calculando as perdas de energia:
1ª Etapa:
S1= 1
S2= 0,8
�� EMBED Equation.3 
Logo:
 
2ª Etapa:
Calculando S1 na 2ª etapa:
 
	
Energia Economizada:
Em, com Motor 1:
Em, com Motor Dahlander:
Economia 0,395 – 0,189 = 0,206 kWh
2º CÁLCULO
	Qual a energia dissipada, em kWh, em um plugueamento feito em duas etapas, com a comutação para o enrolamento de maior número de pólos se fazendo quando a velocidade do motor atinge a 50% da velocidade síncrona correspondente ao menor número de pólos.
1ª Etapa:
	
	
	
�� EMBED Equation.3 
	
�� EMBED Equation.3 
2ª Etapa:
, motor parado
CONCLUSÃO
	
	
Vimos neste trabalho que a solução para os problemas sugeridos pelo professor, está associada ao conhecimento do tempo que o motor gasta para atingir, a partir do repouso, sua velocidade nominal, tempo de aceleração ou tempo de partida, e à redução da corrente de partida pela redução da tensão aplicada ao motor.
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