Teoria sobre motores e uso com drives ac

TREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORESTREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORES

| Confidential/Property of Danfoss Drives A/S | Friday, April 18, 2014 | 2
Corrente AlternadaCorrente Alternada
Sinal Elétrico no domínio do tempo

Sinal Elétrico no Domínio do Tempo e Freqüência

ω=2πf
f(t)= Vmax. senωt
Veff² = 1 . ∫ f(t) ² dt
T ti
tf
Veff²= 2π
∫ Vmax
2
. sen²ωt dt
0
2π
1 .
2π
Veff²=
2π
∫ sen²ωt dt
0
1 . Vmax
2
sen²a = 1- cos 2a
2
Veff²= 2π
1 . Vmax
2
1 t
2
2π
0
Veff² =
2π
1 . Vmax
2
2π
2
Veff²=
Vmax
2
2
Veff =
Vmax
√2
Veff =√
Vmax
2
2
rms

Retificador do Onda Completa

220Vac 311,12 Vdc
380Vac 537,40 Vdc
Circuito Intermediário - DC Link
Conversor de FreqüênciaConversor de Freqüência
Par. 16-30 -
tensão do
Barra/to CC
} Vmax
Vmax=Veff. √2
Veff =
Vmax
√2

Conversor de FreqüênciaConversor de Freqüência
PWM - Pulse Width Modulation (Modulação em Largura de Pulso)
+Vmax
-Vmax
IGBT = Transistor Bipolar de Gate Isolado
Par 14-01= Freq de chaveamento
60 AVM 2-16KHz
SFAVM 2-10KHz
Par 14-00
RMS
TRUE

Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
Campo Magnético, Forças Resultantes

Lei de Faraday
Um condutor ao cruzar com certa velocidade V as linhas de Fluxo
Magnético Φ sofre uma indução, e cria uma diferença de potencial EMF
(ddp = v) nas suas extremidades.
N
S
ddp
Φ
N
S
Φ
N
S
Φ
Ui= L . B. V
V = m/s a = m² m³/s
Com o curto nas
extremidades
circula corrente

Motor Assíncrono
Estator
Rotor

Motor Assíncrono
Partes que
Compõem o
Motor

Motor Assíncrono

Definição do Vetor Tensão
( )3
4
3
2
321
ππ
jj
evevvV ++=

Voltagens senoidais balanceadas são projetadas na direção de três eixos
igualmente deslocados como o layout do motor. Voltagens Trifásicas são
mapeadas dentro de um espaço bi-dimensional.
A
B
( )1v
( )2v
( )3v

Vetores de Tensão no Tempo 50
( )3
4
3
2
321
ππ
jj
evevvV ++=

*
( )1v ( )2v ( )3vOs vetores são:
A
B
( )2v
( )3v

*
( )3
4
3
2
321
ππ
jj
evevvV ++=

A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V

100

( )1v ( )2v ( )3v
( )3
4
3
2
321
ππ
jj
evevvV ++=

Os vetores são:
*
A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V

150

( )3
4
3
2
321
ππ
jj
evevvV ++=

A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V

200
*

Na teoria, somente se as 3 fases estiverem verdadeiramente defasadas de
120° elétricos e mecânicos, com a forma de onda perfeitamente senoidal e
com os mesmos valores RMS e de pico.
A Intensidade do Campo Magnético
A Intensidade do Campo Magnético é Constante
φ = ³/2 Φ máx

Um campo magnético girante está na base do princípio de funcionamento da
máquina de indução. Este campo é produzido da seguinte maneira: coloca-se
nas ranhuras do estator um conjunto de três bobinas independentes,
defasadas de 120º no espaço, e faz-se circular por estas bobinas correntes
trífasicas defasadas de 120º no tempo. Estas correntes trifásicas, aplicadas
às bobinas do estator podem ser representadas por:
ia(t) = I.sen(ωt) A
ib(t) = I.sen(ωt – 120º) A
ic(t) = I.sen(ωt + 120º) A

Toda bobina quando percorrida por uma corrente produz um campo magnético
cuja fmm é dada por τa(t) = N.i.(t). A fmm produzida pela correntes trifásicas
é dada então por:
τa(t) = N.I.sen (ωt) A
τb(t) = N.I.sen (ωt – 120º) A
τc(t) = N.I.sen (ωt + 120º) A
Se as três bobinas estiverem orientadas segundo um eixo comum a força
resultante será nula (τa(t) + τb(t) + τc(t) = 0). Como as três bobinas estão
defasadas no espaço de 120º, adotando-se a bobina percorrida por ia (t) (aa’)
na referência tem-se:

τ(t) = τa.cos (0º) + τb.cos (120º) + τc.cos (240º) A
τ(t) = N.I.[sen(ωt).cos (0º) + sen(ωt–120º).cos (120º) + sen(ωt+120º).cos
(240º)]
Após o desenvolvimento trigonométrico tem-se:
τ(t) = 1,5.N.I.sen(ωt)
Ou seja, a fmm total produzirá um campo magnético girante com velocidade
e intensidade constantes, com a velocidade dependendo das correntes
aplicadas às bobinas.

φ = ³/2 Φ máx

Campo Magnético, Rotação e Escorregamento
F
s=Escorregamento
Par. 1- 62=x % de
Compensação de
Escorregamento
no= f x 120 [rpm]
P
no= f x 60 [rpm]
p
ou
P = Total de Polos
p = Par de Polos

Cat N
O Torque do Motor
T = F * r
F = W
d
T = W * r
d
W = P * t
W = F * d
T = P * t * r
n * 2π * r
d = n * 2π * r
1CV – 736w = 0,75kW
1HP – 746w = 0,75kW
Par 16-16 Torque Nm
Par 16-22 Torque %
T
P 9550⋅
n
(t = 60s)
= 9,55
Cat H
Cat D alto
escorregamento

Exemplo de Aplicação
no =
f x 60
p
no =
60 x 60
1
no =
60 x 60
2
no =
60 x 60
4
= 3600 RPM
= 1800 RPM
= 900 RPM
no =
60 x 60
3
= 1200 RPM
2
pólos
4
pólos
6
pólos
8
pólos
S = 3600 - 3550
3600
100%=
50
36
= 1,38 %
S = 1800 - 1750
1800
100%=
50
18
=2,77 %
S =
n0 - nn
no
100%
S =
1800 - 1640
1800
100%=
160
18
=8,88 %
Par. 1- 62= x % de Compensação de Escorregamento

Exercício: Calcular o Escorregamento e o Torque nominal de um motor de
1 cv e 1720RPM
S =
n0 - nn
n0
* 100% S = 1800 - 1720
1800
100% =
80
18
= 4,44 %
T = 0,75 x 9550 (t = 60s)
1720
T = 4,16 Nm
T = P x 9550 (t = 60s)
n

P = T x n (t = 60s)
9550
P = 1000 x 1800
9550
P>188 kW ou P>250 HP
O Torque do Motor tem que ser maior que o Torque resistente da carga,
para poder acelerar a carga.
P = 730 x 1800
9550
P > 137,6 kW
O Motor Elétrico dimensionado deverá possuir potência superior aos valores
calculados.
Ex1: Ex2:
Sabendo-se que o Conjugado resistente de uma carga é 1000Nm e a outra
é de 730 Nm para motores de 4 pólos, encontre os motores que possam
acionar estas carga.

Perdas de Motores
Pm = ɳ.Pe S =
n0 - nn
no
100%

Magnetização de
Saturação Oposta
Magnetização
Nula
Magnetização
Nula
Magnetização
Remanente
Magnetização
Remanente
Coercividade
Magnetização do
material-(Tesla)
Intensidade de
campo magnético
aplicado –
(Ampere/metro)
Perdas de Motores
Laço de Histerese

Perdas por Histerese Magnética
H (A.m)
B (Wb)
Br
-Br
Liga de Alnico
Terras Raras

I
+ + +++++++
- - - - - - - ---
Corrente de “Foucault” EDDY Current
+++++++
------------
---
Solução: laminar as chapas
do material Ferromagnético
para reduzir estas perdas

Esquema Elétrico Equivalente do Motor

Entreferro
Obrigatório: 1º Potência nominal do Motor (KW)
2º Tensão nominal do Motor (V) 3º Freqüência nominal do Motor (HZ)
4º Corrente nominal do Motor (A) 5º Rotação Nominal do motor (RPM)

PAR
1-30
PAR
1-33
PAR
1-36
PAR
1-35
PAR
1-31
PAR
1-34
Entreferro
Obrigatório o Preenchimento P 1-20 Potência nominal do Motor (KW)
P 1-22 Tensão nominal do Motor (V) P 1-23 Freqüência nominal do Motor (HZ)
P 1-24 Corrente nominal do Motor (A) P 1-25 Rotação Nominal do motor (RPM)
RECOMENDADO: AMA (Adaptação Automática do Motor)

Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Simplificado

Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Reduzido

Sobre o Torque
V
is
imag
Irotor

TC(Guindaste/Correia Transportadora/Ponte Rolante/ Esteira/ Guincho/ Extrusora/
Prensa/Moenda/ Enchedora/ Lavadora/Rotuladora/Sopradora/Injetora, etc…)
Sobre o Torque
frequência
U
T
60Hz
P = U x I
T. V (Bomba Centrífuga/ Ventilador/ Exaustor )
Enfraquecimento do
Campo no Motor
Cargas de Torque Constante
Cargas de Torque Variável
Velocidade

Sobre o Torque
f
U
T
RPM/Velocidade
60Hz
P = U x I
TC(CorreiaTransportadora/Esteira/PonteRolante/Guindaste/Elevador/Guincho
HYLLO/Prensa/Enchedora/Extrusora/Bobinadora/Teleférico/Rotuladora/ET
Cetera)
TV (Bomba Centrífuga e Ventilador/Exaustor)
380

Lei de Proporcionalidade ou Lei de Afinidade
P1
n1
n2
( )
3P2 =
100
80
( )
3
P1
P2 =
1,25( )3
P1
P2 =
1,95
P1
P2 =
P2 = 0,51 P1P2= 0,51 P1
Rotação
P1
P2
Obs: Economia de Energia

Tensão Alternada Trifásica
Campo Girante
Pm = ɳ.Pe

Plaqueta do Motor

Partida Estrela/Triângulo

Relação Torque x Velocidade

Torque do Motor Acima da Velocidade Síncrona
Velocidade (RPM)
1800 rpm 2400 rpm 3000 rpm 36000 rpm
Velocidadesíncrona
Carga 1
Carga 2
Carga 3
Carga 4
Carga 5

Escorregamento Velocidade
II
III IV
I
Operação 4 - Quadrante

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