Apostila procobre eficiencia

Apostila procobre eficiencia

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Eficiência energética e acionamento de motores

p.2 / Eficiência energética e acionamento de motores - Schneider / Procobre

1 Introdução04
2 Tipos de motores elétricos04
2.1 Motores assíncronos trifásicos04
2.2 Motores de indução tipo gaiola04
2.2.1 Rotor de gaiola simples04
2.2.2 Rotor de gaiola dupla04
2.2.3 Rotor de gaiola resistente04
2.3 Motores de anéis05
2.4 Motores de Alto Rendimento05
2.4.1Eficiência energética através do motor de Alto Rendimento05
3 Categoria de emprego de motores05
3.1 Categorias de emprego segundo IEC 947-405

Eficiência energética e acionamento de motores 3.2Categorias de emprego para contatores e contatores auxiliares segundo IEC 947-5 (em corrente

contínua)06
4 Coordenação07
4.1Coordenação tipo 1 e tipo 2 segundo a norma07
4.2 Sem coordenação09
4.3 Coordenação total09
5 Seletividade09
5.1 Coordenação de isolamento09
5.2 Continuidade de serviço09
6 Dispositivos de partida de motores elétricos09
6.1 Funções de partidas-motores09
6.2 Funções de proteção09
6.2.1 Seccionamento09
6.2.2 Proteção de curto-circuito10
6.2.3 Proteção de Sobrecarga10
6.2.4 Comutação10
6.2.5 Proteção adicional específica10
6.3 Aparelhos de funções múltiplas10
6.4 Normas aplicáveis10
7 Tipos de partida de motores assíncronos10
7.1 Partida direta1
7.2 Partida estrela-triângulo1
7.3 Partida por autotransformador12
7.4 Soft-Start (partida progressiva)13
7.4.1 Soft-Start e conversores estáticos eletrônicos13
7.4.2Principais funções dos soft-start e dos conversores estáticos eletrônicos13
7.5 Nova tecnologia TCS - Torque Control System14
7.5.1Novas tecnologias de partida com controle de conjugado14
7.5.2 Vantagens do controle do conjugado15
7.5.3 Tecnologia16
7.5.4 Aplicações17
8 Acionamentos estáticos17
8.1 Principais tipos de acionamentos estáticos17
8.2 Objetivos dos acionamentos17
8.3 Inversores de freqüência e economia de energia18
8.4 Controle vetorial de tensão: controle U/F18

8.5 Controle vetorial do fluxo para motor assíncrono...............................................................................19

9 Condutores e alimentadores20
9.1 Conceito de dimensionamento20
9.2 Critérios técnicos de dimensionamento20
9.2.1 Seção mínima20
9.2.2 Capacidade de condução de corrente20
9.2.3 Queda de tensão21
9.2.4 Sobrecarga21
9.2.5 Curto-circuito21
9.2.6 Contaots indiretos21
9.3 Dimensionamento21
9.3.1 Seção do condutor neutro21
9.3.2 O condutor de proteção (fio terra)21
10 Esquemas de Aterramento21
10.1 Padronização21

Schneider / Procobre - Eficiência energética e acionamento de motores / p.3 Edição abril/2003 p.4 / Eficiência energética e acionamento de motores - Schneider / Procobre

2.2Motores de indução tipo Gaiola

Nestes motores há: n Um estator com enrolamento montado na carcaça do motor que vai fornecer o campo girante do motor. n Um rotor com o enrolamento constituído por barras curtocircuitadas que sob ação do campo girante irá fornecer energia mecânica no eixo do motor.

Quando o motor é energizado ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito e portanto exige da linha uma corrente muito maior que a nominal, podendo chegar a 7 vezes a corrente nominal.

À medida que o campo girante “arrasta” o rotor aumentando sua velocidade a corrente vai diminuindo até atingir a corrente nominal quando a rotação atinge seu valor nominal.

Se o motor é energizado em vazio ele adquire rapidamente sua velocidade nominal e a diminuição da corrente será, correspondentemente, rápida também.

As empresas fornecedoras de energia elétrica (as concessionárias) exigem que haja uma limitação da corrente de partida dos motores, de acordo com as condições do seu sistema: a potência instalada disponível (gerada ou comprada) e o dimensionamento dos condutores. Esta exigência é feita para não prejudicar a qualidade da energia fornecida pois no momento da partida de um motor grande de um consumidor haverá uma queda de tensão nos alimentadores e outros consumidores receberão a energia sob uma tensão mais baixa. Uma concessionária de uma pequena cidade irá, pois, exigir redução da corrente de partida em motores pequenos enquanto que concessionárias de grandes cidades poderão admitir a partida direta (com 100% da tensão) de motores bem maiores.

2.2.1Rotor de gaiola simples É caracterizado por um conjugado de partida relativamente suave mais com uma corrente absorvida muito superior a corrente nominal quando do funcionamento sob regime.

2.2.2Rotor de gaiola dupla É caracterizado por possuir duas gaiolas: a externa de alta resistência elétrica que limita a corrente na partida e a interna de baixa resistência que oferece características de bom desempenho em regime.

2.2.3Rotor de gaiola resistente

É caracterizado por um bom conjugado de partida, um menor rendimento mais uma variação de velocidade obtida interferindo somente com a tensão.

2.3Motores de anéis

Os rotores em anéis (bobinados onde, nos espaços existentes na periferia estão alojados os enrolamentos idênticos àqueles do estator) geralmente trifásicos que se caracterizam por um acoplamento estrela (uma extremidade de cada enrolamento é ligada a um ponto comum e as extremidades livres são ligadas a um acoplador centrifugo ou sobre três anéis em cobre, isolados e solidários do rotor). Eles podem desenvolver um conjugado de partida até 2,5 vezes o conjugado nominal, o ponto de corrente na partida é proporcional ao conjugado desenvolvido.

1 Introdução

Em toda atividade industrial, ações são empregadas no acionamento dos mais diversos tipos de máquinas e equipamentos, que podem ser classificados nos seguintes grupos: transporte de fluídos incompressíveis, transporte de fluídos compressíveis, processamento de materiais não metálicos, manipulação de cargas, transporte de cargas e de passageiros. A carga mecânica exige um dado conjugado mecânico numa dada velocidade que podem variar ao longo do tempo sem provocar "desconforto" mecânico. Da mesma forma o motor elétrico deve atender o comportamento da carga causando o menor "transtorno" possível ao sistema elétrico ao qual está conectado com uma preocupação de reduzir perdas para aumentar a eficiência do conjunto. É uma solução de compromisso.

A escolha do motor e de seus dispositivos de partida e parada, mesmo influenciada por aspectos ambientais, está diretamente relacionado a carga mecânica a ser acionada e ao impacto dela no sistema elétrico.

No acionamento das cargas mecânicas os conjugados resistentes e de arraste precisam ser analisados para evitar problemas operacionaios como desgaste, vibração, aquecimento...

2Tipos de motores elétricos

Um motor compreende duas partes: um indutor (o estator) e um induzido (o rotor). O estator é a parte fixa do motor e o rotor é a parte móvel. O indutor cria um campo magnético. Os condutores do rotor subistituído neste campo são submissos às forças que iniciam a rotação.

Os motores são máquinas que recebem energia elétrica da rede caracterizada por tensão, corrente e fator de potência e fornecem energia mecânica no seu eixo caracterizada pela rotação e conjugado.

2.1Motores assíncronos trifásicos

Estator: em um motor assíncrono trifásico, três enrolamentos geometricamente deslocados 120º são alimentados cada um por uma das fases de uma rede trifásica alternada. Os enrolamentos percorridos por estas correntes alternadas produzem um campo magne'tico girante com velocidade ns=60f/p (rpm).

Rotor: constituído por barras curto-circuitdadas que sob ação do campo girante, tem força eletromotriz induzida nas barras, dando origem à circulação de correntes que interagindo com o campo magnético girante darão origem a forças (conjugado) movimentando o rotor no sentido do campo magnético.

Schneider / Procobre - Eficiência energética e acionamento de motores / p.5

2.4Motor de Alto Rendimento

É um motor que possui rendimento superior ao motor standard, gera baixas perdas, reduz significativamente a elevação de temperatura, com conseqüente aumento de vida útil. Promove a racionalização da produção e do consumo de energia elétrica, eliminando os desperdícios e reduzindo os custos.

O motor de Alto Rendimento produz a mesma potência mecânica de saída com menor potência elétrica absorvida, o que acarreta menor custo de operação e maior vida útil.

Este melhor desempenho é conseguido através das características técnicas diferenciadas, apresentadas na figura abaixo:

Fig. 1: motor de Alto Rendimento

Sob o aspecto normativo, um motor elétrico é considerado de Alto Rendimento se ele possui o rendimento superior àquele definido nas normas técnicas. No Brasil, a norma NBR 7094 da ABNT define os valores mínimos de rendimento para que um motor possa ser considerado de alto rendimento.

2.4.1Eficiência energética através do motor de Alto Rendimento

O setor industrial é responsável por 43% do consumo anual de energia em nosso país. Dentro deste setor, onde há maior demanda de energia elétrica, os motores são responsáveis por aproximadamente 5% deste consumo.

Uma das principais características do motor de indução é que o custo operacional é bem superior ao custo de aquisição.

Esta relação pode ser de 25 a 150 vezes o custo de aquisição do motor, dependendo do tempo de funcionamento, da sua potência, da tarifa de energia elétrica e de seu rendimento.

2.4.2Diferenças entre o motor standard e o motor de

Alto Rendimento As principais características técnicas dos motores de Alto

Rendimento, em comparação com os motores tipo standard que estão de acordo com as normas ABNT, IEC e CSA, são as seguintes:

n Maior quantidade de cobre: reduz as perdas Joule (perdas no estator); n Chapa magnética com baixas perdas - reduz a corrente magnetizante e conseqüentemente as perdas no ferro; n Enrolamento dupla camada: resulta em melhor dissipação de calor; n Rotores tratados termicamente: reduz as perdas suplementares; n Menor região de entreferro: reduz as perdas suplementares.

Devido a essas características melhoradas, os valores de rendimento são significativamente maiores, o que gera uma sensível economia de energia, ou seja, reduz os valores a serem pagos na fatura de energia elétrica.

3Categoria de emprego de motores

A suportabilidade dos contatores aos esforços decorrentes da interrupção de correntes superiores à sua corrente nominal e a sua durabilidade ao ser submetido a operações repetidas levou a uma classificação dos contatores pela IEC.

Essa classificação leva em conta:

n a freqüência das operações liga - desliga, n valor das sobrecargas, n fator de potência da carga, n tipo de operação dos motores: na partida, na frenagem, na inversão da rotação, etc.

Uma das cargas que pode apresentar variação muito grande na solicitação elétrica e térmica dos contatores é a constituída pelos motores que podem ser manobrados em várias situações:

n Partida, quando as correntes podem chegar a 7 (ou mais) vezes a corrente nominal, n Frenagem em carga, em que o motor é bloqueado pela inversão do campo girante ou pela inserção de corrente no estator, n Inversão, quando além de bloqueado o motor deve partir para trabalhar em sentido inverso de rotação.

3.1Categorias de emprego segundo IEC 947-4

(Parte 1 de 9)

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