Motores – Conceito
Muito temos conversado através desse blog sobre os motores, seus princípios construtivos, seu princípio de funcionamento e suas aplicações. Naturalmente sempre aparecem muitas dúvidas que suscitam respostas.
Geralmente essas respostas tem sido sempre de modo genérico emitindo o mínimo de conceitos possíveis e menos ainda de cálculos, curvas e outros artifícios, prevendo que possivelmente o solicitante não tenha conhecimentos prévios específicos sobre o tema. Quando a demanda do solicitante excede a essa premissa geralmente indicamos fontes onde os assuntos requeridos podem ser encontrados, no nível requerido.
No entanto essa abordagem genérica pode ser nociva pela pobreza ou omissão de conceitos importantes e talvez por ocultar diferenças construtivas que alteram profundamente o produto com respeito as características e ao desempenho (por exemplo: diferenças construtivas nas barras rotóricas, nos enrolamentos, etc).
Listo abaixo alguns conceitos que respondem as perguntas mais freqüentes;
1- Variações no projeto da barra do rotor produz uma grande alteração nas características de desempenho do motor, especialmente nas características de conjugado e corrente versus rotação.
2- Essas variações levam a construção de:“Motores de conjugado de partida e corrente de partida normal tipo K (equivalente a categoria B da norma NEMA MG1); alto conjugado de partida, corrente de partida normal tipo KG (ou NEMA categoria C); e alto conjugado e alto escorregamento, tipo KR (ou NEMA categoria D)
a- O conjugado do motor de indução varia aproximadamente com o quadrado da tensão
aplicada aos seus terminais. A 90% de tensão de partida, o conjugado de partida será reduzido a aproximadamente 81% do valor à tensão nominal.
b- Baixa resistividade das barras do rotor (resistência rotórica) resulta em alta rotação nominal (baixo escorregamento) e resulta em alto rendimento. Perdas rotóricas são proporcionais ao escorregamento.
c- Alta resistência rotórica fornece alto conjugado de partida com baixa corrente de partida, mas resulta em baixo rendimento nominal. Um motor tipo KR tem uma alta resistência rotórica.
d- O escorregamento no conjugado máximo é proporcional a resistência rotórica.
e- A freqüência e tensão rotórica são proporcionais ao escorregamento; assim, ambas são iguais a zero na rotação síncrona, mas atingem valor máximo na rotação zero.
f- As Perdas rotóricas são proporcionais ao escorregamento e estão todas confinadas dentro do rotor de um motor de gaiola, mas num motor de anéis (tipo M), a perda secundária se divide proporcionalmente entre a resistência do enrolamento do rotor e a resistência externa conectada ao circuito do rotor.
g- Ao final do período de aceleração a energia cinética das partes rotativas à rotação nominal é
exatamente igual ao calor gerado nos condutores do rotor de um motor de indução pelos componentes de aceleração do conjugado e da corrente secundária. Esta equivalência é independente do formato da curva conjugado-rotação e assim não depende se o motor é tipo K, KG, KR, ou M. (Notar que embora isto seja verdadeiro, outros fatores tais como tempo de operação à baixa rotação fazem com que seja importante que o motor de gaiola acelere razoavelmente rápido de modo a se beneficiar de um resfriamento mais eficiente à rotação nominal).
Tipo K – conjugado de partida normal, corrente de partida normal
O alumínio de baixa resistência ( ou cobre) nas barras do rotor garante baixo escorregamento (aproximadamente 0.5 a 1.5 por cento à potência nominal) e, por causa da baixa perda rotórica, um alto rendimento. O conjugado de partida normal se situa entre 60 e 100 por cento do nominal dependendo da potência e rotação
Tipo KG – Alto Conjugado de Partida, Corrente de Partida Normal
Devido à características construtivas especiais da gaiola do rotor o motor tipo KG não é adequado para cargas de alta inércia.
Tipo KR – Alto Conjugado de Partida, Alto Escorregamento.
Neste caso também o motor é controlado pelo projeto das barras rotóricas. Pelos princípios descritos anteriormente pode-se concluir que o motor KR tem barras do rotor de alta resistência e como conseqüência baixo rendimento em regime nominal; entretanto ele tem a vantagem de uma baixa corrente de partida. A alta perda rotórica (maior calor a ser dissipado) afeta o tamanho deste tipo de motor, obrigando o projetista a usar uma carcaça maior em relação a do motor tipo K ou KG para uma mesma potência.
Tipo M – Motor de Rotor Enrolado
O motor de rotor enrolado, designado como tipo M pela GEVISA é um motor de indução com
características de conjugado-rotação ajustável.” (normalmente entre 200 e 250 por cento do
conjugado nominal) O escorregamento ou rotação na qual o conjugado
máximo ocorre é dependente da resistência do secundário.
Tipo KAF – Motores para Uso com
Inversores de Freqüência
Este é um motor especialmente projetado para operar com um acionador eletrônico o qual varia a tensão e a freqüência em uma larga faixa de rotações. Este motor, possui características de projeto especiais par uso com inversor de freqüência. algumas ou todas das seguintes modificações são incorporadas no motor tipo KAF:
a- Perfil especial da barra do rotor.
b- Enrolamentos com configurações especiais. Alguns motores tipo KAF são fornecidos com
duplo enrolamento os quais podem ter uma defasagem de 30 graus elétricos. Em alguns
casos, estes enrolamentos não podem ser conectados em paralelo para operação com
freqüência fixa sem danos ao motor.
c- Alta corrente de partida. Devido a operação em baixas rotações a deficiência de ventilação natural é compensada com o uso de um soprador acoplado ao motor. “
d- Isolamento de rigidez dielétrica mais alta para suportar os picos de tensão.
NÃO DEIXEM DE LER AS INFORMAÇÕES COMPLETAS SOBRE OS CONCEITOS
INDICADOS ENTRE PARÊNTESIS ASPAS NA FONTE INDICADA ABAIXO.:
http://www.geindustrial.com.br/download/artigos/nt01.pdf
robertovasco@hotmail.com – 29/10/2009
ERRATA : nA ULTIMA FRASE DO ARTOGO “MOTORES-CONCEITOS”, ONDE SE LÊ entre parentesis, LEIA-SE ENTRE ASPAS.
robertovasco@hotmail.com
Parabéns pelo seu Website
sou academico do curso de engenharia mecatronica em SC
e estou fazendo meu TCC em cima de eficiencia energetica – utilizando motores de alto rendimendo
e gostaria da sua indicação de algum livro pra mim
colocar na fundamentação teórica?
teria algum a indicar?
Att
Glauber
Glauber, nessa área de eficiencia energética tive envolvimento com estudos de controle de fator de potência e de demanda bem como qualidade de energia, que voce pode encontrar na portaria da ANEEL e alguns trabalhos sobre ela. Já vi livros mas não me lembro o autor.
Me envolvi tambem com projetos de substituição de motores por seus equivalentes de alto rendimento, alem de otimização de aplicação de motores. Isso voce pode encontrar em publicações dos fabricantes de motores, WEG, ABB,Gevisa. etc…
robertovasco@hotmail.com
Prezado Gustavo
Um motor sincrono de 4.200 kW, alimentado em 13,8 kV, pode provocar excessiva queda de tensão na partida? Essa redução de tensão pode afetar outros consumidores?
Grato
Jose Caetano,Não trabalho com esses motores, mas pelo que sei para coloca-lo em movimento esses possuem um sistema de partida semelhante aos dos motores de indução assíncronos, uma gaiola de barras curtocircuitadas.Partem com o campo desativado mediante curto circuito desse. Assim que a velocidade chega próximo a de sincronismo o campo é então alimentado e a partir daí ele vira propriamente um motor síncrono.
Diante disso ele tem os mesmos problemas de corrente alta para partir Ip/In elevado e alem disso um tempo de rotor bloqueado menor.
Mas vale a pena verificar bem seu sistema quanto a existência de outros problemas alem daqueles inerentes ao motor, como: tensão da rede de alimentação, fator de potência,situação da carga, etc.
Claro tambem que se há queda de tensão na partida, essa pode sim afetar outros equipamentos.
sds,robertovasco@hotmail.com
Gustavo, como faço para determinar os parametros do circuito equivalente de um motor de indução a partir dos ensaios de rotor bloqueado e a vazio, em frequencia nominal. Pois as literaturas existentes determinam ora com frequencia de 25% da frequencia nominal para rotor bloqueado o que não é fácil de se obter em um ensaio mesmo de laboratório, ora análogo ao de transformador o que confere um erro considerável.
Rui, consultei a NBR5383-1 -Máquinas elétricas girantes – Motor de indução trifásico, na parte que fala em ensaios com rotor bloqueado e não encontrei nenhuma referência a ensaios com frequência reduzida. Encontrei com tensão reduzida, o que se consegue com um transformador variador de tensão com potência suficiente para o ensaio pretendido ou mesmo um transformador fixo co taps para 25%,50%, 75% e 100% da tensão, que pode ser comutada mediante contatores comandados por botões por que executa os testes.
Se puder me indique a fonte onde voce viu esses ensaios. Se preferir entre em contato pelo e-mail: robertovasco@hotmail.com
Rui, achei um trabalho academico onde menciona o ensaio com tensão reduzida e se possível com frequência reduzida ( http://br.oocities.com/luisporto2001/lab_maquinas.pdf ). Oa inversores fazem esse trabalho: entregam na saída uma alimentação que varia simultameamente a tensão e a frequência. Alem disso, quando voce faz a rotina de auto ajuste para rodar o motor em modo vetorial ele injeta/lê sinais no motor e determina a resistencia, indutância, corrente de magnetização e características eletromecânicas do motor.
Mas tem um detalhe a fonte que o ensaio de máquinas recomenda tem que ser senoidal o que praticamente op uso de inversor(cvonversor de frequência) para alimentar o motor em teste. Nesse caso voce teria que acionar um motor CA com inversor na velocidade desejada e esse motor acional um alternador. Assim voce conseguiria a tensão e a frequência que desejasse.
sds, Roberto Vasco
qual a posibilidade de um motor vvt gastar mais andando devagar do que quando anda rapido? pois tenho J3 novo, em teste eu
completando… Eu que dirijo devagar ( na cidade media 60 KM\h) o carro fez 6 Km|L, com meu marido que corre um pouco mais fez 7,3 KM\L com o mecânico da concessionária que anda há 80 acelerando pesado fez 9,3. Agora me dizer que o carro esta ok, alguém pode me ajudar a entender?
Yara, essa relação marcha x velocidade x consumo não é nada linear. Normalmente a situação mais economica é rodar a 80Km/h usando a quinta marcha. A situação mais anti econômica é andando com a marcha forte em baixa velocidade nos dias de transito pesado.
Isso não é muito difícil de se entender. Imagine duas situações:
1 Andar na estrada numa viagem de duas horas a 80Km/h praticamente sem parar, usando predominantemente a quinta marcha.
2- Andar na cidade duas horas de transito pesado, usando marchas fortes e baixas velocidades.
Voce verifica que no caso 1 voce teria por exemplo 13Km/l enquanto no caso 2 não passaria de 9 Km/l.
A maior dificuldade no raciocínio é porque: uma massa que se desloca em maior velocidade gasta mais energia e por isso o consumo é maior. Mas não se pode esquecer a questão da marcha. Em marchas mais fortes para produzir a mesma velocidade a rotação da máquina é maior então o consumo tambem é maior.
Isso voce consegue ver melhor se voce coletar vários dados de ensaios e colocar tudo num gráfico (marcha x velocidade x consumo, voce vai ver que as curvas são totalmente diferentes).