361654 Fundamentos de Máquinas de Indução parte 2

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27/08/2018
1
Gerador de Indução
Auto-excitado
IFSul
Curso de Engenharia Elétrica
Prof. Adilson Tavares
Gerador de Indução Ligado no Barramento Infinito
s
mss

 
s
agPT


2
2
2 ''3 I
s
RPag 
ms   0s 0agP
0T
(Gerador de indução)
0m
Pag
Pout
A potência reativa de magnetização (e dispersão) é fornecida pelo
barramento infinito
Q
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2
Gerador de Indução Auto-Excitado
ms  
Pag
Pout
A potência reativa de magnetização (e dispersão) é fornecida pelo
capacitor
Q
O processo de auto-excitação. Escorvamento. Voltage Buildup
Gerador de indução a vazio:
11 EV  IIc 
0s
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V1
Ic
V1 =XcIc
Linha de capacitância
E1 = f ( I )
V1
I
Curva de magnetização
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4
E1 
C (Xc)
V1
I
Condição para ocorrer escorvamento:
Existência de magnetismo residual no rotor
V1=E1 (aprox.)
V1
I
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Influência da Capacitância
Xc1
V1
I
Xc1Xc2>Xc1
V1
I
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Xc1Xc2>XC1Xc3>Xc2
V1
I
Xc4>Xc3
V1
I
Xc1Xc2>XC1Xc3>Xc2
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Gerador de indução auto-excitado com carga:
A tensão de saída depende fortemente da carga, principalmente
da componente indutiva.
O escorregamento e a frequência de saída dependem da carga.
Os geradores de rotor bobinado e o uso de conversores
eletrônicos serão estudados na próxima unidade.
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1
Métodos de Frenagem
IFSul
Curso de Engenharia Elétrica
Prof. Adilson Tavares
Razões para frenagem
Parar o movimento rapidamente
Não deixar a velocidade crescer descontroladamente
Manter o eixo fixo em determinada posição
Tipos de frenagem
Mecânica
Elétrica (regenerativa, contracorrente e dinâmica)
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(1) Frenagem mecânica
Exemplo: Motofreio
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Quando os enrolamentos do motor estão alimentados, a bobina do
eletroímã também deve estar alimentada.
O ventilador externo produz a ventilação do freio e do motor.
Entreferro do eletroímã: 0,2 mm a 0,4 mm, dependendo da potência
do motor.
Desgaste das pastilhas. Regulagem do entreferro através dos
parafusos de ajuste.
Circuito elétrico do motofreio
6 terminais  3 tipos de frenagem: 
lenta, rápida e média
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Frenagem Rápida
Frenagem Lenta
Gerador + indutância da bobina
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Frenagem Média
Indutância da bobina
(2) Frenagem por contra-corrente
Inverter a sequência de fases e cortar a alimentação
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6
)(
)(
s
mss




s
ms

1 1s
2
2
2 ''3 I
s
RPag 
2
2
2 ')1('3 Is
s
RPm  0mP
0agP
Potências dissipadas na 
resistência do rotor
2
222 ''3 IRP 
PmPag
P2
sm   2s
2
22 ''2
3 IRPag 
Imediatamente após a inversão da sequência de fases
2
222 ''3 IRP 
PmPag
P2
2
22 ''2
3 IRPm 
2
22 ''2
3 IRPm 
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Inverter a sequência de fases e cortar a alimentação
Exemplo: carga passiva (com atrito viscoso e inércia)
T
nm
ns 2ns-ns
-11
TL
s 02
ABC
Inverter a sequência de fases e cortar a alimentação
Exemplo: carga passiva (com atrito viscoso e inércia)
T
nm
ns 2ns-ns
210
ACB
TL
A rotação inverte se a 
alimentação não for 
cortada
s
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(3) Frenagem regenerativa
Operação da máquina de indução como gerador
s
mss

 
s
agPT


2
2
2 ''3 I
s
RPag 
ms   0s 0agP
0T
(Gerador de indução)
0m
Pag
Pout
A potência reativa de magnetização (e dispersão) é fornecida pelo
barramento infinito
Q
Carga ativa de torque unidirecional
T
nm
ns 2ns-ns
-101
TL
ABC sobe
s
2
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Carga ativa de torque unidirecional
T
nm
ns 2ns-ns
21
TL
0
ACB desce
s
ABC sobe
Carga ativa de torque bidirecional
P P
v
v
Pt
Pn Pn
Pt
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Carga ativa de torque bidirecional
T
nm
ns 2ns-ns
-101
s
TL
-TL
aclive
declive
2
Carga passiva
Frenagem regenerativa com conversor de frequência
Será vista depois
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(4) Frenagem dinâmica
Injeção de corrente contínua no enrolamento do estator
Campo fixo do estator (em vez de campo girante)
Indução de corrente alternada no rotor (por corte de fluxo)
Torque eletromagnético freante
Semelhante a gerador de excitação separada com armadura em 
curto-circuito
Toda a energia é dissipada no rotor 
1
4
23
5 6
S
N
B ZN
CC injetada no 
enrolamento do 
estator
nm
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12
1
4
23
5 6nm
S
N
v
B ZN
Rotor ainda girando
devido à inércia
1
4
23
5 6
S
N
v
B ZN
e2=E2max
e2=0
e2=-E2max
e2=0
nm
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13
1
4
23
5 6
S
N
v
B ZN
nm
4
23
5 6
S
N
B
i2=I2max
i2=I2max
i2=0
i2=0
nm
Supondo rotor 
puramente resistivo
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14
1
4
23
5 6
S
N
B
f
nm
1
4
23
5 6
S
N
B
f
f
f
f
f
nm
Distribuição simplificada 
de forças
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15
1
4
23
5 6
S
N
B
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
nm
Torque eletromagnético 
contrário à velocidade
Característica torque-velocidade
T
nm
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Quadrantes de Operação
T
nm
ns 2ns-ns
I
IV
II
III
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Motores com
Comutação Polar
IFSul
Curso de Engenharia Elétrica
Prof. Adilson Tavares
Comutação Polar com dois enrolamentos independentes no
estator
Comutação Polar com um enrolamento religável
(Motor Dahlander)
p
fns
120
Controle de velocidade com mudança do número de pólos
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Relações 
Típicas:
4 / 6 pólos
6 / 8 pólos
Elevadores:
4 / 24 pólos
4 / 16 pólos
6 / 24 pólos
a) Comutação Polar com dois enrolamentos independentes no 
estator
O rotor deve ser obrigatoriamente de gaiola de esquilo
Motor maior que o convencional
Terminais do
enrolamento 1
“X” pólos
Terminais do
enrolamento 2
“Y” pólos
I
F
C
b) Comutação Polar com um enrolamentos religável no estator
(Motor Dahlander)
Exemplo
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Ligação Série
I
F
C
I
F
C
Ligação Série
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4
I
F
C
Ligação Série
I
F
C
Ligação Série
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5
I
F
C
N
N
S
S
Ligação Série – 4 polos
I
F
C
Ligação Paralelo
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6
I
F
C
Ligação Paralelo
I
F
C
Ligação Paralelo
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I
F
C
N
S
ZN
ZN
Ligação Paralelo – 2 polos
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Características do motor Dahlander
Esquema genérico por fase:
Bobinas (grupos) ímpares  Derivação  Bobinas (grupos) pares
A mudança do número de pólos é sempre na relação de 2:1.
Exemplos: 4 pólos / 2 pólos (baixa rotação / alta rotação)
8 pólos / 4 pólos
12 pólos / 6 pólos
O rotor deve ser obrigatoriamente de gaiola de esquilo
Três tipos de motor Dahlander
Somente os diagramas de ligações e as características de torque. 
Análise mais detalhada:
Tavares et alli (Apostila de Máquinas de Corrente Alternada, CEFET 
RS).
Motor Dahlander de torque constante
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Motor Dahlander de torque constante
Motor Dahlander de torque constante
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Motor Dahlander de torque variável
Motor Dahlander de torque variável
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Motor Dahlander de torque variável
Motor Dahlander de potência constante
Há uma modificação na ligação interna entre os grupos de bobinas
do enrolamento.
Conexão paralela maior número de pólos
Conexão série menor númerode pólos
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Motor Dahlander de potência constante
Motor Dahlander de potência constante
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Comutação polar para múltiplas velocidades
Situações onde são requeridas mais do que duas velocidades
Combinação de enrolamentos independentes e enrolamento único
religável (sistema Dahlander)
Exemplo: centrífuga de açúcar  processo de obtenção de açúcar e
álcool a partir da cana-de-açúcar (Lobosco, vol.2, 1989).
A centrífuga separa os cristais de açúcar do melaço através de
centrifugação.
Durante o ciclo de operação são necessárias diversas velocidades:
- carregamento e descarregamento da cesta
- aceleração e desaceleração
- centrifugação
Configuração do motor: um enrolamento independente de 72 pólos,
outro enrolamento independente de 8 pólos e um enrolamento religável
de 6/12 pólos.