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Artigo Motor de Indução Trifásico, Trabalhos de Máquinas Elétricas

O presente trabalho tem a finalidade de abordar os conceitos e funcionamento dos motores de indução trifásicos, bem como sua modelagem matemática. Tal equipamento é muito importante na indústria, em usos rurais e também domésticos, tendo sua maior aplicação na indústria.

Tipologia: Trabalhos

2019

Compartilhado em 01/08/2019

marcelo-couto-andrade
marcelo-couto-andrade 🇧🇷

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*Engenharia Elétrica/Eletrônica com especialização em Formas Alternativas de Energia
– UFLAMG. Email: josevalderi62@gmail.com
**Bacharelando em Engenharia Elétrica – FAINOR. Email:
mcouto.andrade@gmail.com
MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO
*José Valderi Cavalcante Silva
**Marcelo Couto Andrade
Resumo: O presente artigo tem a finalidade de abordar os conceitos e funcionamento dos
motores de indução trifásicos, bem como sua modelagem matemática. Tal equipamento
é muito importante na indústria, em usos rurais e também domésticos, tendo sua maior
aplicação na indústria.
Abstract: The purpose of this article is to discuss the concepts and operation of three
phase induction motors as well as their mathematical modeling. Such equipment is very
important in industry, in rural and domestic uses, having its greater application in the
industry.
1. INTRODUÇÃO
No ano de 1866, o cientista
alemão Werner Siemens inventou o
primeiro gerador de corrente contínua
auto induzido, na qual foi o último
processo de estudos, pesquisas e
invenções de muitos outros cientistas,
durante quase três séculos. Tal máquina
possuía uma potência de
aproximadamente 30 watts e uma
rotação de 1200rpm e funcionava
também como motor, desde que
aplicasse uma corrente contínua em seus
bornes. em 1885, o engenheiro
eletricista Galileu Ferraris construiu um
motor de corrente alternada de duas
fases. Este concluiu erroneamente que
motores construídos segundo este
princípio poderiam, no máximo, obter
um rendimento de 50% em relação à
potência consumida. Em 1887 Nikola
Tesla apresentou um pequeno protótipo
de motor bifásico com rotor em curto
circuito com o rendimento também
insatisfatório, mas no qual impressionou
a empresa norteamericana
Whestinghouse, que lhe pagou 1 milhão
de dólares pelo privilégio da patente.
Mas foi o engenheiro eletricista
Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlin,
que, em 1889, entrou com o pedido de
patente de um motor trifásico com rotor
de gaiola. Por sua vez, este motor
possuía uma potência de 80 watts e um
rendimento de aproximadamente de 80%
em relação à potência consumida e um
excelente conjugado de partida.
Michael Von Dolivo
Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a
primeira fabricação em série de motores
assíncronos, nas potências de 0,4 a
7,5kW.
2. MOTOR DE INDUÇÃO
Enquanto, nos motores de
corrente contínua o estator e o rotor
necessitam de alimentação, nos motores
de indução o estator é alimentado. O
rotor recebe energia por indução, por
isso, estes motores são chamados de
motores de indução.
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*Engenharia Elétrica/Eletrônica com especialização em Formas Alternativas de Energia

  • UFLAMG. Email: josevalderi62@gmail.com **Bacharelando em Engenharia Elétrica – FAINOR. Email: mcouto.andrade@gmail.com

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

*José Valderi Cavalcante Silva **Marcelo Couto Andrade Resumo: O presente artigo tem a finalidade de abordar os conceitos e funcionamento dos motores de indução trifásicos, bem como sua modelagem matemática. Tal equipamento é muito importante na indústria, em usos rurais e também domésticos, tendo sua maior aplicação na indústria. Abstract: The purpose of this article is to discuss the concepts and operation of three phase induction motors as well as their mathematical modeling. Such equipment is very important in industry, in rural and domestic uses, having its greater application in the industry.

  1. INTRODUÇÃO No ano de 1866, o cientista alemão Werner Siemens inventou o primeiro gerador de corrente contínua auto induzido, na qual foi o último processo de estudos, pesquisas e invenções de muitos outros cientistas, durante quase três séculos. Tal máquina possuía uma potência de aproximadamente 30 watts e uma rotação de 1200rpm e funcionava também como motor, desde que aplicasse uma corrente contínua em seus bornes. Já em 1885, o engenheiro eletricista Galileu Ferraris construiu um motor de corrente alternada de duas fases. Este concluiu erroneamente que motores construídos segundo este princípio poderiam, no máximo, obter um rendimento de 50% em relação à potência consumida. Em 1887 Nikola Tesla apresentou um pequeno protótipo de motor bifásico com rotor em curto circuito com o rendimento também insatisfatório, mas no qual impressionou a empresa norteamericana Whestinghouse, que lhe pagou 1 milhão de dólares pelo privilégio da patente. Mas foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlin, que, em 1889, entrou com o pedido de patente de um motor trifásico com rotor de gaiola. Por sua vez, este motor possuía uma potência de 80 watts e um rendimento de aproximadamente de 80% em relação à potência consumida e um excelente conjugado de partida. Michael Von Dolivo Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a primeira fabricação em série de motores assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5kW.
    1. MOTOR DE INDUÇÃO Enquanto, nos motores de corrente contínua o estator e o rotor necessitam de alimentação, nos motores de indução só o estator é alimentado. O rotor recebe energia por indução, por isso, estes motores são chamados de motores de indução.

Os motores assíncronos ou de indução, por serem robustos e mais baratos, são os motores mais largamente empregados na indústria.

  1. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO O motor de indução ou motor assíncrono, foi patenteado em 1888 por Nikola Tesla e atualmente representa mais de 90% dos motores utilizados na indústria, por se tratar de uma máquina robusta, de construção simples, fácil manutenção e por sua vez, mais barata que outros tipos de motores. Teoricamente, para o motor girando à vazio e sem perdas, o rotor teria também a velocidade síncrona. Entretanto ao ser aplicado o conjugado externo ao motor, o seu rotor diminuirá a velocidade na proporção necessária para que a corrente induzida pela diferença de rotação entre o campo girante e o rotor, passe a produzir um conjugado eletromagnético igual e oposto ao conjugado externamente aplicado. 3.1. CONSTITUIÇÃO O motor de indução é constituído pelos seguintes elementos: Figura 3.1.1 – Motor de Indução. Fonte: Motores de Indução Trifásicos (António M. S. Francisco). O estator, parte fixa da máquina, é constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si. As chapas possuem cavas nas quais são colocados os enrolamentos alimentados pela rede de corrente alternada monofásica ou trifásica. O conjunto é alojado no interior de uma carcaça em ferro, aço ou alumínio. Figura 3.1.2 – Estator. Fonte: Motores de Indução Trifásicos (António M. S. Francisco). Figura 3.1.3 – Estator colocado na carcaça. Fonte: Motores de Indução Trifásicos (António M. S. Francisco). O rotor, parte móvel da máquina, é constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um conjunto de enrolamentos (motor de rotor bobinado) ou um conjunto de condutores paralelos (rotor em gaiola de esquilo).

Figura 3.3.2 – Motor assíncrono de rotor de anéis. Fonte: Módulo 1 Comando e Proteção WEG.

  1. CONCEITOS BÁSICOS 4.1. CONJUGADO O conjugado, também chamado de torque ou binário, é a medida de esforço necessário para girar o eixo. Para medir o esforço necessário para fazer girar o eixo não basta definir a força empregada, é preciso também dizer a que distância do eixo a força é aplicada. O esforço é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância. Equação 4.1. 𝐶 = 𝐹 ∗ 𝑙 (𝑁. 𝑚) A unidade utilizada para medir o conjugado no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Newton.metro (N.m). Figura 4.1. Fonte: Módulo 1 Comando e Proteção WEG. 4.2. ENERGIA E POTÊNCIA MECÂNICA A potência mede a rapidez com que a energia é aplicada ou consumida. Como na figura 4.1.1, a energia gasta ou o trabalho realizado para trazer o balde do fundo até a superfície é sempre a mesma, porém a potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicável para erguer o balde. A unidade utilizada para a potência mecânica no SI é o Watt (W), porém a unidade mais usual para potência mecânica é o c.v. (cavalo vapor), equivalente a 736W. Equação 4.2. 𝑊௠௘௖ = 𝐹 ∗ 𝑑 (𝑁. 𝑚) Equação 4.2. 𝑃௠௘௖ =

Equação 4.2. 𝑃௠௘௖ =

Equação 4.2. 𝐶 = 𝐹 ∗ 𝑟 (𝑁. 𝑚) Equação 4.2. 𝑣 =

Equação 4.2. 𝑃𝑚𝑒𝑐 =

Onde: C = conjugado em N.m; F = força em N; l = braço de alavanca em m; v = velocidade angular em m/s; d = diâmetro da peça em m; n = velocidade em rpm. 4.3. RESISTÊNCIA No caso de “resistências”, quanto maior a tensão da rede, maior será a corrente e mais depressa a resistência será se aquecer. Isso quer dizer que a potência elétrica será maior. Equação 4.3. 𝑃 = 𝑈 ∗ 𝐼 (𝑊)

  1. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO No motor assíncrono trifásico o estator é formado por conjuntos de três enrolamentos colocados de forma que entre eles exista um ângulo de 120°. Estes enrolamentos, ao serem percorridos pela corrente trifásica da rede de distribuição, criam um campo magnético girante. Este campo, ao atravessar o rotor, provoca uma variação de fluxo nos condutores da gaiola de esquilo ou do rotor bobinado, gerando se, de acordo com a lei de Faraday, uma força eletromotriz induzida (fem.) nesses condutores. Como os condutores do rotor, quer no caso do rotor em curto circuito, quer no caso do rotor bobinado, estão em circuito fechado, os mesmos são percorridos por correntes induzidas. Estas correntes induzidas, de acordo com a lei de Lenz, têm um sentido tal que, pelas suas ações magnéticas, tende a oporse à causa que lhes deu origem. Figura 5.1 – Rotor gaiola de esquilo. Fonte: Motores de Indução Trifásicos (António M. S. Francisco). No rotor vai ser gerado, a cada momento, um campo magnético que tende a oporse ao campo magnético girante do estator. Para se opor, os dois campos têm que possuir pólos contrários. Como o campo do estator é girante, e, sabendo que pólos de nomes contrários se atraem, o rotor entra em movimento, tentando acompanhar o campo girante. 5.1. LEI DE FARADAY “Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gerase nesse circuito uma força eletromotriz induzida (e). Se o circuito for fechado, será percorrido por uma corrente induzida”. Equação 5.1. 𝑒 = −

5.2. LEI DE LENZ “O sentido da corrente induzida é tal que esta, pelas suas ações magnéticas, tende sempre a se opor à causa que lhe deu origem”.

A placa de características dos motores vem fixada ao corpo do motor e informa os valores nominais como tensão de operação, corrente nominal, fator de potência, dentre outros. Figura 9.1 – Placa do motor. Fonte: Motores de Indução Trifásicos (António M. S. Francisco).

  1. EXERCÍCIOS Determine a corrente nominal para um motor de 15 HP, trifásico, 220 V entre fases, fator de potência 0, indutivo e rendimento de 82 %. 𝐼 =

√^3 ∗ 220 ∗ 0,9 ∗ 0,^

REFERÂNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALEXANDER, Charles; SADIKU, Matthew. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5. ed. Porto Alegre: Grupo A, 2013. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de Física: eletromagnetismo.

  1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. Boylestad, Robert; Nashelesky, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos. 5ta. Ed. Rio de Janeiro: PrenticeHall do Brasil, 1994. David E. Johnson; John L. Hilburn; Johnny R.Johnson “ Fundamentos de Análises de Circuitos Elétricos”, 4ª Edição, Ed. LTC. MANUAL FATOR DE POTÊNCIA. Disponível em <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEGcorrecaodofatordepotencia958manual portuguesbr.pdf> Acesso em 30 de Junho 2018. SISTEMA TRIFÁSICO. Disponível em https://pt.wikipedia.org/wiki/Sistema_trif%C3%A1sico Acesso em 30 Junho. MEDIÇÃO DE POTÊNCIA REATIVA EM CIRCUITOS TRIFÁSICOS. Disponível em <http://www.resumosetrabalhos.com.br/medicaodapotenciareativa emumsistematrifasicoconexaoestrela.html> Acesso em 30 de Junho 2018. FATOR DE POTÊNCIA. Disponível em: http://www.engeletrica.com.br/fatordepotenciamanualfatordepotencia.html. Acesso em 30 de Julho 2018.Disponível em <https://ebah files.s3.amazonaws.com/ABAAAggqwAG?Expires=1479667389&AWSAccessKeyId= AKIAIII5BVM6PM2O7MPA&Signature=rgWAS9tgvVastkkTL6v2iULp5Ag%3D>. Acesso em 30 de Julho de 2018.