Motor de Indução Trifásico e Conversores de Freqüência

Motor de Indução Trifásico e Conversores de Freqüência

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Teoria 16 Conversores CA-CA Para Acionamento de Máquina de Indução Trifásica

Um motor elétrico transforma a potência elétrica fornecida em potência mecânica e uma reduzida percentagem em perdas.

As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são quantificadas através do rendimento, que é a razão entre a potência de saída e a potência de entrada:

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As máquinas de corrente alternada em geral , especialmente a máquina de indução trifásica, é construtivamente muito mais simples e robustas do que as máquinas de corrente contínua.

Apresenta menor massa (20 a 40% a menos), para uma mesma potência, o que leva a um custo menor de aquisição e manutenção do que a máquina C equivalente. Quando se trata de realizar um acionamento controlado, no entanto, os conversores e sistemas de controle necessários se tornam mais sofisticados do que aqueles utilizados para as máquinas de C. Isso torna necessário analisar o custo global, e não apenas o relativo à máquina.

Entretanto, o custo dos conversores e dos circuitos eletrônicos que o compõem vem diminuindo com o passar o tempo, enquanto que o custo de produção dos motores tem tido uma variação muito menos significativa. Por esta razão, o custo total do sistema (máquina + acionamento) segue uma tendência de ser cada vez mais vantajoso para a máquina CA.

Já, em termos de desempenho dinâmico, o surgimento de novas técnicas de controle como o controle vetorial, têm possibilitado às máquinas CA apresentarem comportamento similar ao das máquinas C, eliminando, também neste aspecto, as vantagens anteriores dos sistemas baseados em máquinas C.

Uma máquina de indução trifásica (ou motor assíncrono), é constituída basicamente pelos seguintes elementos:

• O estator: um circuito magnético estático, o qual é constituído por uma pilha de chapas de aço ferromagnético, isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator. O estator possui enrolamentos (3 grupos de enrolamentos) instaladas nas ranhuras abertas no estator nos quais é aplicada a tensão de alimentação CA trifásica.

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• O rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, isoladas entre si, sobre o qual encontram-se ou enrolamentos (rotor bobinado), ou um conjunto de condutores paralelos (gaiola de esquilo curtocircuitada) que são barras de alumínio, dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que curto-circuitam os condutores. Tanto enrolamentos quanto a gaiola de esquilo permitem a circulação correntes induzidas provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. O rotor é apoiado num eixo, 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 fator de potência em vazio.

Estator da máquina de indução

No caso dos motores de indução “de rotor bobinado” os enrolamentos do rotor são construídos de forma similar aos enrolamentos do estator. O acesso aos terminais destes enrolamentos rotóricos é feito através de escovas de carvão que deslizam sobre anéis condutores, o que dá origem ao nome “motores de anéis”, por vezes utilizados p/ designar tais motores.

Os motores de indução tipo “gaiola de esquilo” são atualmente os mais freqüentes. A vantagem do rotor gaiola de esquilo em relação ao de rotor bobinado é que resulta numa construção mais rápida, mais prática e mais barata do induzido. Trata-se de um motor robusto, barato, de rápida produção, não exigindo coletor (órgão sensível e caro) e de rápida ligação à rede.

As barras condutoras da gaiola são colocadas geralmente com uma certa inclinação, como mostrado na figura ao lado, para evitar as trepidações e ruídos que resultam da ação eletromagnética entre os dentes das ranhuras do estator e do rotor.

A principal desvantagem do motor com rotor de gaiola de esquilo curto-circuitada é devido ao fato de o conjugado de partida ser reduzido em relação à corrente que é absorvida pelo estator.

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Estator:

Carcaça (1) - É a estrutura suporte do conjunto; de construção robusta em ferro fundido, em aço ou em alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas.

Núcleo de chapas (2) - as chapas são de aço magnético, tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro.

Enrolamento trifásico (8) - três conjuntos iguais de bobinas (um para cada fase), formando um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação.

Rotor:

Eixo (7) - transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.

Núcleo de chapas (3) - as chapas possuem as mesmas características das chapas do estator. Barras e anéis de curto-circuito (12) - são de alumínio injetado sob pressão numa única peça.

Outras partes do motor de indução trifásico: Tampa (4); Ventilador (5); Tampa defletora (6); Caixa de ligação (9); Terminais (10); Rolamentos (1).

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196 Projeção dos diversos elementos do motor de indução trifásicocom rotor em gaiola de esquilo

A partir do momento que os enrolamentos localizados nas ranhuras do estator são sujeitos a alimentação através de uma corrente alternada trifásica, gera-se um campo magnético no estator, e, conseqüentemente, no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor.

lhe deu origem, (Lei de Faraday e Lei de Lenz) criando assim um movimento giratório no rotor

A f.e.m. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que

pela indução magnética do estator em interação com a do rotor

Assim, por efeito transformador, o campo magnético produzido pelos enrolamentos do estator induz correntes no rotor, de modo que, da interação de ambos campos magnéticos será produzida o conjugado que levará a máquina à rotação, ou seja, a potência mecânica traduz-se basicamente, no conjugado que o motor gera no eixo do rotor. O Conjugado é conseqüência direta do efeito originado

16.2.1 O Campo Girante: Devido a:

• Característica trifásica da alimentação do estator;

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• Distribuição espacial dos enrolamentos na circunferência do estator;

Estator: bobinas (fases) estão defasadas em 120º e ligadas em triângulo

O campo produzido pelo estator é girante, ou seja, sua resultante possui um movimento rotacional. O campo produzido pelas correntes induzidas no rotor terá a mesma característica, procurando sempre acompanhar o campo girante do estator.

A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela freqüência da CA fornecida ao motor e pelo numero de pólos do campo resultante no entreferro. Por sua vez o número de pólos resultante no entreferro depende do número de enrolamentos por fase existente no estator.

Deste modo, velocidade angular do campo girante, chamado de velocidade síncrona (ωS ) depende, além da freqüência de alimentação, do chamado número de pólos da máquina. O número de pólos indica quantos enrolamentos, deslocados espacialmente (simetricamente) no estator, são alimentados pela mesma tensão de fase.

Por exemplo, se 3 enrolamentos (um para cada fase) estiverem dispostos num arco de 180º e outros 3 enrolamentos ocuparem os 180º restantes, diz se que esta é uma máquina de 4 pólos (ou dois pares de pólos). Veja o exemplo:

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30ª 60ª

Formação de campo girante em máquina de quatro pólos.

O campo girante possui 2 pólos norte e 2 pólos sul, distribuídos simetricamente e intercalados.

A figura anterior ilustra tal situação. Dada a simetria circular da máquina, tem-se que o campo resultante, o qual é visto no entreferro da máquina, apresenta os pólos resultantes deslocados 90 graus (espacial) um do outro. A resultante no centro do arranjo é sempre nula, no entanto, o que importa é o fluxo presente no entreferro.

Se o rotor puder girar na mesma velocidade do campo girante, a cada ciclo completo das tensões de alimentação (360 graus elétricos) corresponderá uma rotação de 180 graus no eixo.

Observe na figura a seguir como as bobinas são montadas sobrepostas ao longo da periferia do estator:

Montagem dos enrolamentos do estator em máquina de 4 pólos.

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