Sistema binário

Cada espira pode estar constituída por vários condutores elementares O isolamento entre condutores elementares é diferente do isolamento para a massa. isolamento estatórico em motores com enrolamentos pré-formados z MURO ISOLANTE ISOLANTE:: elemento de maior espessura que separa o conjunto da bobina do exterior. Deve estar dimensionado para suportar a tensão correspondente ao n ível de isolamento da nível m áquina. máquina. z ISOLAMENTO ENTRE ESPIRAS E CONDUTORES ELEMENTARES ELEMENTARES:: As espiras podem estar formadas por condutores individuais para reduzir as perdas ário que exista isolamento entre perdas. s T=0. s Principio de funcionamento: simulação MOTOR MOTOR DE DE 2 2 PARES PARES DE ÓLOS DE P PÓLOS T=1 S T=1,015 S Princípio de funcionamento Motor assíncrono Sistema Trifásico Circulação de corrente nas espiras do rótor Lei de Biot - Savart Enrolamento trifásico a 120º alimentado com sistema trifásico de tensões Estátor Rótor Espiras curtocircuitadas Enrolamento trifásico a 120º Campo girante 60f/P Espiras em cc submetidas a tensão Força sobre as espiras do rótor Binário sobre o rótor FEM induzida pelo campo girante nas espiras do rótor Rotação da Máquina Princípio de funcionamento O MOTOR ASSÍNCRONO RODA SEMPRE COM VELOCIDADE INFERIOR À VELOCIDADE DE SINCRONISMO: CASO CONTRÁRIO NÃO SE INDUZ FORÇA ELECTROMOTRIZ NO RÓTOR DA MÁQUINA E NÃO HÁ BINÁRIO MOTOR QUANDO TRABALHA EM VAZÍO, RODA MUITO PRÓXIMO DA VELOCIDADE DE SINCRONISMO.

NESSE CASO, O ÚNICO BINÁRIO MOTOR DESENVOLVIDO PELA MÁQUINA É APENAS O NECESSÁRIO PARA COMPENSAR AS PERDAS Vantagens dos motores de indução VANTAGENS DOS MOTORES ASS ÍNCRONOS ASSÍNCRONOS z A única alimentação eléctrica que recebem faz-se através da linha trifásica que alimenta o enrolamento estatórico. NÃO HÁ ESCOVAS OU ANÉIS DESLIZANTES. z O rotor de gaiola é extremamente robusto. COM A A FREQUÊNCIA FREQUÊNCIA DO DO EST ESTÁTOR. BASTA ÇÃO BASTA SIMULAR SIMULAR O O EFEITO EFEITO DE DE ROTA ROTAÇÃO COM COM A A RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA R RRR/S /S Pode -se obter Pode-se obter aa mesma mesma corrente corrente no no circuito trocando apenas apenas circuito alimentado alimentado aa f11 trocando RRR por RRR/S X XRR IIRR R RRR S S E E22 ALIMENTADO ALIMENTADO A: A: f11 Circuito equivalente da máquina assíncrona PARA -SE OS PARA OBTER OBTER O O CIRCUITO CIRCUITO EQUIVALENTE EQUIVALENTE COMPLETO COMPLETO UNEM UNEM-SE OS CIRCUITOS ÓTOR EE DO ÁTOR CIRCUITOS EQUIVALENTES EQUIVALENTES DO DO R RÓTOR DO EST ESTÁTOR ASSUME -SE QUE ÁQUINA ASS ÍNCRONA É EQUIVALENTE” A ASSUME-SE QUE A AM MÁQUINA ASSÍNCRONA É ““EQUIVALENTE” A UM UM TRANSFORMADOR átor=Primário, R ótor=Secundário, com ção TRANSFORMADOR (Est (Estátor=Primário, Rótor=Secundário, com Rela Relação Transforma ção=rtt)) Transformação=r REDUZIR -SE-Á O ÁRIO (R ótor) AO ÁRIO (Est átor) REDUZIR-SE-Á O SECUND SECUNDÁRIO (Rótor) AO PRIM PRIMÁRIO (Estátor) X Xss R Rss X XRR’’ IIRR’’ II11 U U11 R RRR '' S S E E11 E E22’’ E E22''== E E22 ⋅⋅rrtt == E E11 Circuito equivalente da máquina assíncrona Xs Rs XR ’ IR ’ RR ' S I1 U1 E1 E2 ’ E2 ' = E2 ⋅rt = E1 COMO -SE COMO E11=E22’ PODEM PODEM-SE UNIR Ó UNIR NUM NUM S SÓ Circuito equivalente da máquina assíncrona Xss Rss IRR’ XRR’ I11 U11 R RR ' S E 22' = E 22 ⋅ rtt = E11 I00 ϕ 00 Componente Componente fe fe de de perdas perdas I Iµµ Componente Componente magnetizante magnetizante Ife Rfe I0 Iµ Xµ Circuito equivalente da máquina assíncrona Xss I11 Rss I00 Iµµ U11 XRR’ Xµµ R RR' ⎡1 − S ⎤ = R RR'+R RR'⋅⎢ ⎥ S ⎣ S ⎦ IRR’ R RR ' S Ifefe Rfefe A A RESISTÊNCIA RESISTÊNCIA VARI ÁVEL PODE -SE VARIÁVEL PODE-SE DIVIDIR DIVIDIR EM EM DUAS DUAS COMPONENTES COMPONENTES Circuito equivalente da máquina assíncrona Resistência cobre estátor Reactância dispersão estátor Xss I11 Tensão de fase (Estátor) Corrente de vazío Rss Iµµ Xµµ U11 Reactância magnetizante Todos os elementos do circuito com ‘ estão referidos ao estátor Reactância dispersão rótor XRR’ I00 IRR’ Resistência cobre rotor RRR’ Ifefe Rfefe Resistência da potência mecânica desenvolvida ⎡⎡11−− S S ⎤⎤ R RRR''⋅⋅⎢⎢ ⎥ S ⎦⎥⎦ ⎣⎣ S Resistência pérdas ferro O circuito equivalente faz-se por fase e com ligação em estrela Circuito equivalente da máquina assíncrona Xss I11 Cos ϕ Cosϕ U11 (TENSÃO DE FASE) Rss Iµµ Xµµ XRR’ I00 IRR’ RRR’ Ifefe Rfefe ⎡⎡11−− S S ⎤⎤ R RRR''⋅⋅⎢⎢ ⎥ S ⎦⎥⎦ ⎣⎣ S Potência Potência desenvolvida desenvolvida À À carga carga nominal nominal (S (S baixo), baixo), oo factor factor de de potência potência na na entrada entrada éé alto alto (cos (cos φ φ= = 0,8 0,8 aproximadamente) aproximadamente) Em ío (S=0) ramo” do ótor fica Em vaz vazío (S=0) o o ““ramo” do rrótor fica em em circuito circuito aberto aberto:: ficando ficando o o restante restante circuito circuito primordialmente primordialmente indutivo indutivo fdp fdp 0,1 0,1 -- 0,2 0,2 aprox aprox Num íncrono aa corrente ío não ável Num motor motor ass assíncrono corrente de de vaz vazío não éé desprez desprezável Cálculo das perdas na máquina assíncrona P11 =3V11⋅ I11⋅ Cos ϕ 2 POTÊNCIA ABSORVIDA DA REDE ELÉCTRICA 2 PCu = 3 ⋅ R ⋅ I 11 SS Cuest est PERDAS NOS CONDUTORES DO ESTÁTOR (Cu) 22 PCu = 3 ⋅ R ' ⋅ I ' R CuRot R R R Rot PERDAS NOS CONDUTORES DO RÓTOR (Cu) 2 E112 Pfe fe = 3 ⋅ R fe fe PERDAS NO FERRO.

CONSIDERAM-SE TODAS CONCENTRADAS NO ESTÁTOR. DADO QUE NO RÓTOR A FREQUÊNCIA f É MUITO BAIXA POTENCIA QUE ATRAVESSA O ENTREFERRO DA Pgg = P1 − PCu − P fe Cuest fe est MÁQUINA R ' Pgg = 3 ⋅ RR ⋅ IRR'22 S A A potência potência que que atravessa atravessa oo entreferro entreferro éé aa que que se se dissipa dissipa na na resistência resistência total total do do ramo ramo do ótor (R /S) do rrótor (RRR’’/S) ⎡1 − S ⎤ 22 I ' ⋅ = 3 ⋅ R RR'⋅⎢ R ⎥ R ⎣ S ⎦ POTÊNCIA MECÂNICA INTERNA: ATRAVESSA O ENTREFERRO E PRODUZ TRABALHO Dissipa-se na resistência variável Pmi mi = Pgg − Pcu curot rot Cálculo das perdas na máquina assíncrona Pmi = Pgg − S ⋅ Pgg = [1 − S ] ⋅ Pgg mi = Pgg − Pcu curot rot [1 − S] ⋅ Pgg Pgg Pmi mi Tii = = = Ω Ω SS Ω OUTRA FORMA DE CALCULO A PARTIR DO DESLIZAMENTO BINÁRIO INTERNO: É O BINÁRIO TOTAL DESENVOLVIDO INTERNAMENTE PELA MÁQUINA Velocidade angular de rotação do rótor Velocidade angular de sincronismo = Perdas mecânicas e rotacionais PUU – Pmi mi P TUU = UU Ω BINÁRIO ÚTIL: É O BINÁRIO QUE O MOTOR É CAPAZ DE DESENVOLVER NO EIXO Cálculo do binário de uma máquina assíncrona jX jXss II11 R Rss A A jX jXRR’’ IIRR’’ R RRR'' S S ++ U U11 CALCULANDO CALCULANDO O O EQUIVALENTE EQUIVALENTE de de THEVENIN THEVENIN ENTRE ENTRE A A ee B B jX jXµµ Pode -se Pode-se desprezar desprezar R Rfe fe B B jX jXthth II11 R Rthth A A jX jXRR’’ IIRR’’ R RRR'' S S ++ U11 ⋅ jX µµ Vth = th R SS + j X SS + X µµ [ V Vthth Z = Zth th = B B ] [RRSS ++ jX jXSS ] ⋅⋅ jX jXµµ [ R RSS ++ jj X XSS ++ X Xµµ ] Cálculo do binário da máquina assíncrona jX jXthth II11 R Rthth A A jX jXRR’’ IIRR’’ IRR' = R RRR'' S S ++ V Vthth IRR' = B B 2 3 ⋅ Vth ⋅ th 2 Pgg = 3 ⋅ R RR' S Vth th R th + th R RR' + j[X th + X RR'] th S Vth th 22 R RR' ⎤ ⎡ 22 [ ] R + + X + X ' th R th th R ⎢ th S ⎥⎦ ⎣ R RR' IRR'22 = 22 S R ' ⎡ 22 R R ⎤ + [X ] X ' + + R th R th th R ⎢ th S ⎥⎦ ⎣ Tii = f (S ) 22 Vth th ⋅ R RR' S Pgg 3 Tii = = ⋅ 2 Ω SS Ω SS ⎡ R RR' ⎤ 2 22 [ ] R X X ' + + + th th R th R ⎢ th S ⎥⎦ ⎣ Curvas de resposta mecânica Binário - velocidade Binário S>1 0<S<1 S<0 Freio Freio Motor Motor Gerador Gerador Binário Binário máximo máximo Binário Binário Nominal Nominal Binário Binário de de Arranque Arranque Tii = f (S ) Velocidade Velocidade de de sincronismo sincronismo 11 00 Zona de funcionamento est ável estável como motor Deslizamento S Tarr arr = 1,2 − −2 Tnom nom Tmax max = 1,8 − −2 ,7 Tnom nom Curvas de resposta mecânica Binário - velocidade A caracter ística mecânica ção éé característica mecânica dos dos motores motores de de indu indução praticamente linear ío ee aa plena linear entre entre o o vaz vazío plena carga carga O Bin ário m áximo poder á ser Binário máximo poderá ser de de 2 2 aa 3 3 vezes vezes o o nominal nominal O bin ário de binário de arranque tem tem que que ser ser superior superior ao ao nominal nominal para para permitir permitir que que o o motor motor se se ponha ponha em em marcha marcha Para um determinado ário var ía com determinado deslizamento deslizamento o o bin binário varía com o o quadrado da tensão Binário máximo dum motor de indução jX jXthth II11 R Rthth A jX jXRR’’ IIRR’’ R RRR'' S S ++ V Vthth O ário ser á O bin binário será m áximo quando máximo quando aa áxima, P Pgg seja seja m máxima, ou ou seja seja quando quando se se transfere transfere aa áxima R /S aa m RRR’’/S máxima potência potência B R RR' 22 22 [ ] = R th + X + X ' th R th th R S S TMAX = TMAX R RR' 22 R th th + [X th + X RR'] th 22 Tmax = max TEOREMA TEOREMA TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA M ÁX.

POTÊNCIA MÁX. De este modo, limita-se a corrente de arranque. O arranque de motores assíncronos: arranque estrela - triângulo R R R R II arr-estrela arr-estrela V Vlinha linha V Vlinha linha 33 IIarr arr−− triângulo triângulo IIarr-triângulo arr-triângulo 33 Z Zcc cc Z Zcc cc V Vlinha linha Z Zcc cc Z Zcc cc Z Zcc cc Z Zcc cc S S T T V linha linha = I arr arr −− estrela estrela S S T T V linha = I arr 3 linha arr −−triângulo triângulo Z CC CC 3 Z CC CC I arr arr −− estrela estrela = I arr arr −−triângulo triângulo 3 TArranque Arranque = 3 22 ⋅ R RR'⋅IRR' Arranque Arranque Ω SS Esta relação é válida para as duas ligações. Sendo a corrente que nela aparece a que circula por Zcc R R I arr-estrela Vlinha Vlinha 3 Z cc 3 Z cc Vlinha Z cc Z cc Z cc Z cc S T TArr Arr −− estrela estrela Iarr − triângulo Iarr-triângulo S T 3 ⋅ 22 = R RR'⋅ IRR'Arr − Arr − estrela estrela ΩSS I arr arr −− estrela estrela TArr Arr−− triângulo triângulo I arr − triângulo = arr− triângulo 3 ⎤ ⎡I RR'Arr 3 Arr −−triângulo triângulo ⋅RRR ' ⋅⎢ = ⎥ Ω SS 3 ⎦ ⎣ = 3 Tarr Tarr arr −− estrela estrela arr −−triângulo triângulo 22 Catá Catálogos comerciais Arrancadores estáticos com microprocessador de potências até 2500 kW 7200V Arrancador Arrancador 90 90 kW kW 690V 690V Arrancadores estáticos Arrancador 4 kW Arrancador para aplicações navais e militares Catá Catálogos comerciais A frenagem eléctrica de motores assíncronos Existem aplicações em que é necessário poder aplicar um binário de frenagem ao motor que permita detê-lo rapidamente: ascensores, gruas, cintas transportadoras, tracção eléctrica, etc.

Neste caso, utilizam-se as propriedades eléctricas da máquina para efectuar a frenagem. FRENAGEM REGENERATIVA POR RECUPERAÇÃO DE ENERGÍA TIPOS DE FRENAGEM ELÉCTRICA FRENAGEM POR CONTRACORRENTE OU CONTRA-MARCHA FRENAGEM DINÁMICA (Por injecção de CC) A frenagem eléctrica de motores assíncronos Curva de funcionamento 60 60 ⋅⋅ ff com P pólos N = Nss22PP = Curva de funcionamento com 2P pólos Par Par N NssPP P P 60 60 60 ⋅⋅ ff 60 ⋅⋅ ff == == 22 == 22N Nss22PP P P P P 22 Bin ário resistente Binário resistente Velocidade Velocidade (RPM) (RPM) FRENAGEM REGENERATIVA Ns2P NsP Zona de funcionamento como Travão Para travar o motor, alteram-se as ligações do estátor passando de P pólos a 2P pólos.