Motores de indução trifasico

Prévia do material em texto

Máquinas Elétricas
Instituto Federal de Santa Catarina
Professor: Janderson Duarte
Motores de Indução Trifasico
 Introdução
 É o motor mais utilizado no setor industrial;
 Tanto o rotor quanto o estator conduzem corrente alternada;
 O rotor pode ser do tipo gaiola de esquilo ou bobinado;
 Pode funcionar tanto quanto motor quanto gerador, porém, como 
gerador não possui resultado satisfatório. Pode-se dizer que ele 
somente é utilizado como motor;
 A velocidade do rotor é diferente da velocidade síncrona (sempre 
menor);
 A corrente que circula no rotor é induzida pela variação de campo 
magnético provocado pelo rotor, devido a diferença de velocidade;
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Características
Vista em corte. Enrolamento ligado 
em Y.
Enrolamento ligado 
em Δ.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Força magneto motriz produzida no estador:
Correntes nos 
Enrolamentos Trifásicos.
Campo magnético girante.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Princípio de funcionamento:
• Girando o imã, o fluxo magnético produzido pelo imã flui pelo 
circuito magnético, ao girar o disco também gira.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Tensões induzidas
 Quando circulam correntes balanceadas nos enrolamentos do estator, 
um campo magnético senoidal distribuído gira no entreferro da 
máquina.
 O campo magnético girante induz tensões nos enrolamentos do estator
(tensão contra-eletromotriz). Pode ser deduzida pela lei da indução de 
Faraday.
max
max
2 1 1
( ) cos( )
( ) ( )
4, 44
a P
P w
B B
e N sen t E sen t
E f N K
θ θ
ω ϕ ω ω
ϕ
= ⋅
= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅
= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Tensão induzida no Rotor quando em regime:
 É óbvio que a velocidade do rotor não pode ser igual a velocidade 
síncrona, pois assim nenhuma corrente seria induzida no rotor, e 
não haveria torque.
 O escorregamento é dado pela fórmula:
Prof. Janderson Duarte
2 2
Onde s é o escorregamento
sE s E= ⋅
120 ou (1 ) 
Onde é a velocidade síncrona
e é a velocidade de giro do rotor.
s
s s
s
s
n n fs n s n n
n P
n
n
− ⋅
= = − ⋅ =
Motores de Indução
 A frequência da corrente induzida no rotor é dada por:
 Circuito equivalente:
Prof. Janderson Duarte
2 1f s f= ⋅
X1R1
+
-
E2Rc Xc
X’2
2'R
s
+
-
E1
1
1
2
Resistência de enrolamento estator.
 - Reatância do fluxo de dispersão no enrolmento de estator.
 - Resistência referente as perdas no núcleo.
 - Indutância de magnetização.
X' - Fluxo de disper
c
m
R
X
R
X
=
2
são do rotor referido ao estator.
R' - Resistência de conduçao do rotor referido ao estator.
Motores de Indução
 Conjugado desenvolvido pelo motor.
• O Conjugado é resultado da interação mútua entre dois campos 
magnéticos. O conjugado quando o motor está parado é dado por:
• A Corrente no motor trifásico é dada por:
Prof. Janderson Duarte
2( )
Onde: 
 É uma cte. de torque.
V Tensão de linha no enrolamento do estator.
t L
t
L
T K V
K
= ⋅
−
−
3 L
PI
V FP η
=
⋅ ⋅ ⋅
Motores de Indução
 Características de desempenho.
• Conforme a Norma NBR 7094, são definidas as categorias dos 
motores:
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Categoria N:
• Possui conjugado de partida normal, corrente de partida normal, e 
pequeno valor de escorregamento em regime permanente 
(constituem a maioria dos motores);
 Categoria H:
• Possui elevado conjugado de partida, corrente normal de partida e 
pequeno valor de escorregamento em regime permanente;
 Categoria D:
• Possui elevado conjugado de partida, corrente normal de partida e 
alto escorregamento;
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Controle de Velocidade:
• A velocidade do motor é dada pela interseção das curvas de 
conjugado da carga e conjugado do motor:
• Quanto maior a carga, menor a velocidade do motor.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Controle de Velocidade:
• Em muitas aplicações necessita-se variar a velocidade do motor. 
Para variar a velocidade utiliza-se o chamado inversor de frequência. 
Que é um equipamento que varia a frequência e/ou a tensão que é 
aplicada ao motor.
Inversor de frequência.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Partida de Motores de Indução:
• Quando conectados diretamente na rede elétrica (partida direta) os 
M.I. drenam uma corrente da rede entre 5 a 8 vezes maior do que a 
corrente nominal, com ou sem carga. A diferença é que com carga o 
tempo que circula corrente elevada é maior.
• A corrente de partida elevada causa uma queda de tensão na rede, 
que pode afetar outras cargas, além disso poderá ocasionar a 
queima do motor devido a perda do isolamento das bobinas.
• No instante da partida a corrente no rotor (e conseqüentemente do 
estator) é dado por:
Onde:
I2=Corrente no rotor
E2=Tensão induzida no rotor quando o rotor está bloqueado.
R2=Resistência do rotor.
X2=Reatância do rotor bloqueado.
Prof. Janderson Duarte
[ ]22
2
2
2
2
X
s
R
EI
+



=
Motores de Indução
 Partida de Motores de Indução:
• Um método de partida utilizada é o auto-transformador. O mesmo 
é utilizado para abaixar a tensão aplicada no motor durante a 
partida, e depois e o auto-transformador é desacoplado.
• Outro método é a partida estrela-triângulo. Inicialmente liga-se o 
motor em estrela, onde a impedância é maior conseqüentemente a 
corrente. E após o motor atingir 90% da velocidade nominal é feita a 
ligação em triângulo.
Prof. Janderson Duarte
Auto-transformador.
Estrela-triângulo
Motores de Indução
 Partida de Motores de Indução:
• Outro método é através de um conversor, chamado soft-starter, 
que reduz a tensão aplicada ao motor e vai subindo gradativamente, 
após o motor estar com velocidade nominal o soft-starter é 
desacoplado (by-pass).
Prof. Janderson Duarte
Partida com soft-starter.
Motores de Indução
 Influência da rede na operação:
• O desequilíbrio nas tensões de alimentação do motor pode provocar:
 Elevação das perdas, devido as correntes desequilibradas;
 Elevação de temperatura;
 Redução de torque pela existência de componentes de campo ao 
contrário;
 Pequena redução do fator de potência.
• Um pequeno desequilibrio de 3,5% na tensão pode aumentar as 
perdas em 20%. Um desequilibrio de 5% ou mais, pode destruir o 
motor;
• Alimentar um motor com tensão abaixo da nominal provoca aumento 
da corrente. Alimentar com tensão acima da nominal acarreta em 
redução do fator de potência e aumento da corrente de partida;
• O torque depende do quadrado da tensão, se a tensão for 80%, o 
torque de partida é de 64%;
• Alimentar um motor com frequência abaixo da nominal reduz a 
ventilação e aumento de temperatura e aumento da corrente.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Influência da carga mecânica na operação:
• Se a potência do motor é muito superior a necessária, implica:
 Maior custo, volume e peso do motor;
 Redução do fator de potência;
 Redução da eficiência, embora muitos motores apresentem eficiência 
máxima a 75% de sua carga nominal;
 Maior corrente de partida, acarretando maior custo da instalação e 
proteção.
• Em geral o motor é considerado bem dimensionado para cargas 
entre 75% e 100% da nominal.
 Fator de Serviço:
• De acordo com a norma NBR 7094/1996, fator de serviço é um 
multiplicador que quando aplicado a potência nominal do motor 
indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e 
fequência nominal. Entretanto, a utilização do FS implica em um 
redução da vida útil domotor.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Influência do ambiente na operação do MIT:
• O local de instalação influencia no funcionamento do MIT, poeiras 
absorvem umidade ou partículas de óleo e formam uma crosta que 
dificulta liberação de calor. 
• Umidade pode causar falhas na isolação já que causam corrosão.
• A norma brasileira NBR 6146 define os graus de proteção dos 
motores por meio das letras IP, seguida por dois algarismos.
Grau de proteção contra penetração de corpos sólidos
Prof. Janderson Duarte
1o Algarismo
Algarismo Indicação
0 Sem proteção
1 Corpos estranhos acima de 50mm.
2 Corpos estranhos acima de 12mm.
3 Corpos estranhos acima de 2,5mm.
4 Corpos estranhos acima de 1,0mm.
5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor.
6 Totalmente protegido contra poeira.
Motores de Indução
Grau de proteção contra penetração de água
• Para motores que são instalados no tempo a norma prevê a Letra W 
entre as letras e os algarismos. Exemplos IPW55.
Prof. Janderson Duarte
2o Algarismo
Algarismo Indicação
0 Sem proteção.
1 Pingos de água na vertical.
2 Pingos de água até a inclinação de 15o com a vertical.
3 Pingos de água até a inclinação de 60o com a vertical.
4 Respingos em todas as direções.
5 Jatos de água em todas as direções.
6 Água de vagalhões.
7 Imersão temporária.
8 Imersão permanente.
Motores de Indução
 Classe de isolação:
• Os tipos de materiais isolantes utilizados definem as classes de 
isolação e seus respectivos limites de temperatura:
• Classe A – 105oC
• Classe E – 120oC
• Classe B – 130oC
• Classe F – 155oC
• Classe H – 180oC
 Classes B e F são comumente utilizadas em motores normais.
 A temperatura dos motores deve ser medida nos enrolamentos 
internos e não simplesmente a temperatura da carcaça.
 Um aumento na temperatura acima do permitido faz com que os 
enrolamentos percam a isolação e as bobinas entrem em curto.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Regime de serviço:
 Regime de serviço é a freqüência à qual o motor é submetido a uma 
determinada carga. Diz respeito, portanto, ao número de partidas do 
motor em um determinado intervalo de tempo, à natureza 
(constante ou variável) e à intensidade da carga.
 Regime S1 significa que o motor é submetido a uma carga 
constante, por um período de tempo suficiente para atingir o 
equilíbrio térmico.
Prof. Janderson Duarte
Motores de Indução
 Motor de alto rendimento:
• No Brasil, a quantidade de energia consumida pelos MI é superior a 
1/3 de toda energia consumida. Desta forma, qualquer que seja e 
melhora na eficiência do motor será de grande impacto no consumo 
do país.
• A construção de motores com redução de perdas implica em 
aumento de custo de material e de fabricação. Desta forma, os 
motores de alto rendimento possuem um custo superior aos motores 
convencionais.
Prof. Janderson Duarte
Vantagens Desvantagens
 Economizam no consumo de
energia elétrica.
 Custo inicial mais elevado.
 A maioria apresenta um fator
de potência maior.
 Pesam mais e ocupam mais
volume.
 Mesmo com carga abaixo da
nominal, apresentam eficiência
maior e mais constante.
 A economia só é considerável
quando o fator de carga é
elevado.
Motores de Indução
 Dados de placa:
1 – Codigo do motor
2 – Numero de fases
3 – Tensao nominal de operacao
4 – Regime de servico
5 – Rendimento
6 – Modelo da carcaca
7 – Grau de protecao
8 – Classe de isolamento
9 – Temperatura da Classe de Isolamento
10 – Frequencia
11 – Potencia
12 – Rotacao nominal por minuto
13 – Corrente nominal de operacao
14 – Fator de potencia
15 – Temperatura ambiente
16 – Fator de servico
17 – Altitude
18 – Massa
19 – Especifi cacao do rolamento dianteiro 
e quantidade de graxa
20 – Especifi cacao do rolamento traseiro e 
quantidade de graxa
Prof. Janderson Duarte
21 – Tipo de graxa utilizada nos rolamentos
22 – Esquema de ligacao para a tensao nominal
23 – Esquema de ligacao para a partida do motor
24 – Tempo de relubrificacao do motor (em horas)
25 – Certificacoes
26 – Relacao da corrente de partida/corrente nominal
27 – Categoria de conjugado
28 – Corrente no fator de servico
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• Para especificar um motor para acionar uma determinada carga é 
necessário conhecer o conjugado requerido pela carga e a rotação 
que a carga necessita.
• A potência nominal do motor é dada por:
• Se o acoplamento for com redução de velocidade , deve ser levado 
em conta a relação entre as velocidade e rendimento do 
acoplamento.
• O rendimento do acoplamento é a relação entre a potência 
transmitida à carga e a potência do motor:
Prof. Janderson Duarte
2 [W]
Onde:
Rotação nominal do motor em rps
 Conjugado nominal do motor em Nm
motor motor motor
motor
motor
P n C
n
C
π= ⋅ ⋅ ⋅
=
=
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• Então o rendimento do acoplamento é dado por:
• A tabela abaixo apresenta os rendimentos para diferentes tipos de 
acoplamentos:
Prof. Janderson Duarte
argc a
ac
motor
P
n
P
=
Acoplamento Rendimento (%)
Acoplamento direto 100
Polia com correia em V 97-99
Polia com correia plana 95-98
Correia dentada 97-98
Engrenagem 96-99
Cardã 25-100
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• O critério básico para especificação de um motor é que o conjugado 
(medida necessária para girar um eixo, em Nm) do motor seja 
superior ao conjugado de carga, em toda faixa de velocidade. 
• Além disso, é necessário que o tempo de aceleração do motor seja 
menor que 80% do tempo de rotor bloqueado. Este critério visa 
proteger o isolamento da máquina. O tempo de aceleração é 
calculado através da equação:
Prof. Janderson Duarte
2
2
2
 Inércia do motor [kgm ]
 Inércia da carga referida ao eixo do motor [kgm ]
 Conjugado médio do motor [Nm]
 Conjugado resistente médio referido ao eixo do
m
a
mmed rmed
m
mmed
rmed
J Jet n
C C
J
Je
C
C
π
 +
= ⋅ ⋅ ⋅ − 
−
−
−
− motor [Nm]
 Velocidade nominal do motor [rpm]n −
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• O conjugado resistente médio é igual ao conjugado de carga de 
carga médio multiplicado pela relação entre a velocidade da carga e 
a velocidade do motor.
• As equações abaixo expressam a relação de transmissão e o 
conjugado resistente médio, respectivamente.
• O conjugado de carga médio depende do tipo de carga que o motor 
deve acionar. Para uma carga com conjugado linear, exemplo, uma 
bomba de vácuo, possui conjugado dado por:
Prof. Janderson Duarte
motor
ac
n
n
R arg= cmedrmed CRC ⋅=
2
: Conjugado da carga para rotação zero em Nm.
 Conjugado nominal de carga.
o cn
cmed
o
cn
C CC
Onde C
C
+
=
−
−
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• O conjugado de carga médio parabólico, por exemplo bomba 
centrífuga, um ventilador, um misturador centrífugo e um ventilador 
centrífugo, é dado por:
• O conjugado do motor médio para as categorias N e H é dado pela 
equação , onde Cp/Cn e Cmax/Cn são dados fornecidos pelos 
fabricantes dos motores de indução trifásicos. Estes dados constam 
nos manuais destes motores. O conjugado nominal Cn também 
consta nos manuais dos motores.
Prof. Janderson Duarte
3
2 cno
cmed
CCC +⋅=
max
max
0, 45 9,81
: Conjugado do rotor bloqueado;
 Conjugado máximo.
p
mmed n
n n
p
C CC C
C C
Onde C
C
 
= ⋅ + ⋅ ⋅ 
 
−
−
Motores de Indução
 Especificação de motores:
• O momento de inércia da carga referida ao eixo do motor é igual ao 
momento de inércia da carga multiplicado pela relação de 
transmissão ao quadrado: Potências para tipos de cargas:
• Talha: A potência da talha depende do peso da carga e a velocidade 
de içamento, considerando o rendimento da talha:
• Bomba Centrífuga: A potência da bomba depende da massa 
especifica, da altura manométrica e da vazão da bomba.
Prof. Janderson Duarte
2 2
arg [kgm ]e c aJ J R= ⋅
talha
vgmP
η
⋅⋅
=
bomba
QhgP
η
ρ ⋅⋅⋅
=
Motores de Indução
 Potências para tipos de cargas:
• Aplicações com conjugado constante: Conhecendo-se o 
conjugado e a velocidade angular pode-se determinar a potência 
pela fórmula:
Prof. Janderson Duarte
mCP ω⋅=
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte
Motor de duas velocidades Motor Dahlander
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte
a) Motor de 6 pontas, b) Motor de 9 pontas, C) motor de 12 pontas.
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte
Motor de 6 pontas.
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte Motor de 9 pontas.
Motores de Indução
Prof. Janderson Duarte Motor de 12 pontas.
	Máquinas Elétricas
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução
	Motores de Indução