Motores de Indução

Motores de Indução

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   MOTORES DE INDUÇÃO

  Indíce___________________________________________

1-Introdução 2-Motores Eléctricos E A Sua Importância 3-Tipos de motores eléctricos 4-Factores de selecção 5 - Constituição Do Motor de Indução 6-Funcionamento De Um Motor Assíncrono 6.1-Explicação Teórica 6.2-Curvas Características 7- Aplicações 8-Perdas No Motor 9 - Motores de Indução Monofásicos 9.1 - Motor de Pólos Sombreados 9.2 - Motor de Fase Dividida (Split.Phase) 9.3 - Motor de Condensador de Partida (Capacitor-Start) 9.4 - Motor De Condensador Permanente (Permanent.Split Capacitor) 9.5 - Motor Com Dois Condensadores (Two.Value Capacitor) 10 - Motores Polifásicos 10.1 - Gaiola de esquilo 10.2 Motor de rotor bobinado 11- Operação e manutenção prática 12-Avarias mais frequentes no motor assíncrono Bibliografia

1-Introdução

O motor de indução converteu-se no tipo de motor mais usado na industria. Este facto deve-se à maioria dos sistemas actuais de distribuição de energia eléctrica serem de corrente alternada. Comparando com o motor de corrente contínua, o motor de indução tem como vantagem a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e máxima eficácia com manutenção mínima. O rendimento é elevado para média e máxima carga, e pode-se assegurar um bom factor de potência com uma selecção correcta.

2-Motores Eléctricos E A Sua Importância    

O accionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores eléctricos é um assunto de extraordinária importância económica. No campo de accionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia eléctrica consumida pelo conjunto de todas as industrias seja transformada em energia mecânica através de motores eléctricos. 

O nosso estudo torna-se mais relevante, já que a maioria dos motores eléctricos utilizados na industria são de motores de indução gaiola de esquilo. 

3-Tipos de motores eléctricos

4-Factores de selecção

Na selecção do motor vários factores vão ser determinantes.

A importância destes factores dependem da utilização a que o motor vai ser sujeito e das possibilidades do investidor. - Tipo de fonte de alimentação (DC ou AC, monofásico ou polifásico) - Condições ambientais (limitações à poluição produzida pelo motor: principalmente sonora) - Relação Binário/Velocidade; consequência directa das características da carga. - Consumo e Manutenção; varia com os interesses económicos, perspectiva a curto ou longo prazo. - Controlabilidade: Posição, Binário, Velocidade, Corrente de arranque; depende das exigências da carga.

 Um aspecto importante na selecção do motor é o tipo de carga mecânica a que vai estar sujeito. Assim, convêm referir e caracterizar os diversos tipos, que são apresentados na figura seguinte acompanhada com exemplos ilustrativos.

 

5 - Constituição Do Motor de Indução

O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos: - um circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; - por bobines (n. de grupos, consoante o motor monofásico ou polifásico) localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; - por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator.

O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e portanto as perdas, mas também para aumentar o factor de potência em vazio.

Como exemplo apresentamos a "projecção" dos diversos elementos o motor assíncrono de rotor em gaiola de esquilo.

6-Funcionamento De Um Motor Assíncrono

A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavas do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator, consequentemente, no rotor surge uma força electromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A f.e.m. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor.

Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução baseia-se em duas leis do Electromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de Faraday.

Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força electromotriz induzida. Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida".

Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas acções magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem".

6.1-Explicação Teórica

O motor eléctrico transforma a potência eléctrica fornecida em potência mecânica e uma reduzida percentagem em perdas.

As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são quantificadas através do rendimento (mais à frente analisamos melhor os vários tipos de perdas nos motores).

A Potência Mecânica traduz-se basicamente, no Binário que o motor gera no veio do rotor. O Binário é consequência directa do efeito originado pela indução magnética do estator em interacção com a do rotor.

T = K . Best . Brot . sen

T - Binário K - Constante Best - Indução magnética criada pelo estator Brot - Indução magnética criada pelo rotor  - ângulo entre Best e Brot

A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela frequência da energia fornecida ao motor e pelo numero de pares de pólos existentes no estator. No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade síncrona, como nos motores síncronos. A velocidade do campo girante obtêm-se pela seguinte expressão:

Vg - velocidade do campo girante f - frequência n - numero de pares de pólos

Uma característica fundamental dos motores de indução é o escorregamento, daí tratarem-se de motores assíncronos, o seu valor é dado pela seguinte expressão: s - escorregamento V - velocidade do rotor A velocidade sofre um ligeiro decréscimo quando o motor passa de um funcionamento em vazio (sem carga) para um funcionamento em carga máxima.

6.2-Curvas Características

São apresentadas as principais curvas do motor de indução, no intuito de visualizarmos o comportamento dos vários fenómenos de uma forma geral.  

7- Aplicações  

O motor assíncrono tem actualmente uma aplicação muito grande tanto na industria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser directo, em motores de baixa potência). Não possui colector (orgão delicado e caro) tratando-se de um gaiola de esquilo; não produz faíscas e tem portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor. É utilizado o motor monofásico para baixas potências (até 1 a 2 Kw) e o polifásico para potências superiores.

Na figura seguinte visualiza-se a utilização de motores em casos específicos:

Há que destacar que o motor de indução ideal está numa faixa de velocidade entre 900 e 1800rpm, e com potências inferiores a alguns milhares de KW. Associados aos conversores electrónicos de tensão e frequência variáveis (variadores electrónicos de velocidade), os motores de indução tendem a assumir um papel quase que exclusivo nos accionamentos eléctricos. 8-Perdas No Motor

As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos:

- Perdas eléctricas - Perdas magnéticas - Perdas mecânicas - Perdas parasitas

- As perdas eléctricas são do tipo { RI2}, aumentam acentuadamente com a carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule podem ser reduzidas, aumentando a secção do estator e dos condutores do rotor.

- As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor. Ocorrem devido ao efeito de histerese e às correntes induzidas (neste caso, correntes de Foucault), e variam com a densidade do fluxo e a frequência. Podem ser reduzidas através do aumento da secção do ferro no estator e rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais magnéticos.

- As perdas mecânicas são devido à fricção dos procedimentos, ventilação e perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando procedimentos com baixa fricção e com o aperfeiçoamento do sistema de ventilação.

- As perdas parasitas (stray losses) ou perdas extraviadas são devidas a fugas do fluxo, distribuição de corrente não uniforme, imperfeições mecânicas nas aberturas para escoamento do ar, e irregularidades na densidade do fluxo do ar ao ser escoado pelas aberturas. Podem ser reduzidas através da optimização do projecto do motor e ainda de uma produção ou fabrico cuidadoso.

Apresentámos seguidamente a distribuição das perdas no motor, as perdas parasitas não são representadas por terem um valor insignificante.

 

9 - Motores de Indução Monofásicos

Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados directamente a uma fonte monofásica . Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução polifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW). Entre os vários tipos de motores eléctricos monofásicos, os motores com rotor tipo gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez, fiabilidade e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham binário de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque.

Tipos de Motores de indução monofásicos:

Motor de Pólos Sombreados (ou shaded pole); Motor de Fase Dividida (ou split phase); Motor de Condensador de Partida (ou capacitor - start); Motor de Condensador Permanente (ou permanent - split capacitor); Motor com Dois Condensadores (ou two-value capacitor).

Seguidamente vamos apresentar o funcionamento, características, vantagens e aplicações dos vários tipos de motores monofásicos.

9.1 - Motor de Pólos Sombreados

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O motor de pólos sobreados, também chamado de motor de campo distorcido (ou shaded pole), graças ao seu processo de arranque, é mais simples, fiável e econômico dos motores de indução nonofásicos.Construtivamente existem diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. Cada pólo vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma. O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que se move na direcção da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo, produzindo o binário que fará o motor partir e atingir a rotação nominal. O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do pólo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos para se obter inversão de rotação, mas muito mais dispendiosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo binário de arranque (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo factor de potência. Devido a esse facto, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv a 1/4 cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores, projectores de slides, gira-discos e aplicações domésticas. Apesar de sua aparente simplicidade, o projecto deste tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria electromagnética. 9.2 - Motor de Fase Dividida (Split.Phase)

Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o arranque), ambos defasados de 90 graus. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o binário necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede através de uma chave que normalmente é actuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para actuar apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se. O ângulo de desfasamento que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm binário de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a potências fraccionárias e a cargas que exigem pouco binário de arranque, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.

9.3 - Motor de Condensador de Partida (Capacitor-Start)

É um motor semelhante ao defase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um condensador electrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O condensador permite um maior ângulo de desfasamento entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados binários de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo binário que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do binário com os enrolamentos combinados cruza a curva de binário do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor binário, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao facto de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exactamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado binário de arranque (entre 200% e 350% do binário nominal), o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.

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