Acionamentos elétricos especificação de motores

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Acionamentos elétricos especificação de motores

  1. 1. Universidade Tecnológica Federal do Paraná Angelo Alfredo Hafner, M. Eng. Curso de Engenharia Elétrica - UTFPR Acionamentos Elétricos
  2. 2. Família dos Motores Elétricos MOTOR C.A. MONOFÁSICO UNIVERSAL TRIFÁSICO ASSÍNCRONO SÍNCRONO ASSÍNCRONO GAIOLA DE ESQUILO ROTOR BOBINADO SPLIT - PHASE CAP. PARTIDA CAP. PERMANENTE CAP. 2 VALORES PÓLOS SOMBREADOS REPULSÃO RELUTÂNCIA HISTERESE DE GAIOLA DE ANÉIS IMÃ PERMANENTE PÓLOS SALIENTES PÓLOS LISOSMOTOR C.C. EXCITAÇÃO SÉRIE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE EXCITAÇÃO COMPOUND IMÃ PERMANENTE SÍNCRONO
  3. 3. • Preço! R$. • Robustez. • Simplicidade de instalação. • Baixa manutenção (rolamentos e caixa de ligação). • MIT + Inversor  papel quase que exclusivo nos acionamentos. Vantagens do Motores de Indução Trifásicos - MIT
  4. 4. Introdução Fonte de Alimentação Condições Ambientais Exigências da Carga Características Intrínsecas MOTOR (Características de Desempenho) Tensão Frequência Método de partida Tipo de carga Inércia da carga Curva de conjugado da carga Tipo de acoplamento Regime da carga Esforços radiais e axiais Potência e polaridade Temperatura Altitude Atmosfera Forma construtiva Sistema de refrigeração Classe de isolamento Sentido de rotação Proteção térmica
  5. 5. Resumo dos cálculos • Calcular – Potência nominal do motor ( Pn ); – Conjugado resistente médio da carga ( Crméd ) – Conjugado médio do motor escolhido ( Cmméd) – Inércia total ( Jm + Jce ) – Tempo de aceleração ( ta ) • Comparar – Tempo de rotor bloqueado ( tac < 0,8.trb )
  6. 6. Conceitos Mecânicos • Conjugado, torque ou momento. sin r F F r   F  r 
  7. 7. Conceitos de MITs • Velocidade síncrona • Escorregamento • Freqüência induzida no rotor Hz rpm 120. f n p s s n n s n 2 1f s f
  8. 8. • Modelo clássico do MIT
  9. 9. • Curva característica conjugado versus velocidade
  10. 10. • Conjugado de aceleração: Conjugado que acelera a carga até velocidade nominal. Onde: Cmáx – conjugado máximo. Cp – conjugado de partida. Cr – conjugado da resistente (carga). ns – rotação síncrona. n – rotação nominal. O conjugado da máquina deve ser maior que o conjugado resistente (carga)!!!
  11. 11. • Curvas características de conjugado
  12. 12. Comparação dos diferentes tipos de máquinas Projeto Rotor não bobinado Rotor bobinado Corrente de Partida Alta Baixa Conjugado de partida Baixo Alto Corrente de partida/ Corrente nominal Alta Baixa Conjugado máximo >160% do conjugado nominal >160% do conjugado nominal Rendimento Alto Alto Equipamento de partida Simples para partida direta Relativamente simples Equipamento de proteção Simples Simples Espaço requerido Pequeno Reostato requer um espaço grande Manutenção Pequena Nos anéis - frequente Custo Baixo Alto
  13. 13. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 P C cos I1 s Motores de Indução Trifásico- Características Características fornecidas pelos fabricantes
  14. 14. Motores de Indução Trifásico – Curvas de desempenho Catálogo Eletrônico
  15. 15. Conjugado Rotação Conjugado Rotação Conjugado Rotação Conjugado Rotação gruas, guinchos, guind astes, transportadoras de correias moinhos de rolos, bombas de pistão, plainas e serra para madeira fresadoras, madrilador as, máquinas operatrizes (potência constante) ventiladores, misturad ores, centrífugas, bom bas centrífugas, exaustore s, compressores Algumas Características do Conjugado de Carga Conjugado X Velocidade – cargas mecânicas
  16. 16. Algumas Características do Conjugado de Carga • Conjugado Constante • Conjugado Variável P CLembrandoC C C – conjugado da carga: constante P – Potência proporcional ao número de rotações (n) C – conjugado da carga: proporcional ao número de rotações (n) P – Potência proporcional ao número de rotações ao quadrado (n2)
  17. 17. Características do Conjugado de Carga • Conjugado Variável • Potência Constante C C C – conjugado da carga: proporcional ao número de rotações ao quadrado (n2) P – Potência proporcional ao número de rotações ao cubo (n3) C – conjugado da carga: inversamente proporcional ao número de rotações (n) P – Potência constante
  18. 18. Características do Conjugado de Carga
  19. 19. Características do Conjugado de Carga
  20. 20. • Referir a carga devida aos acoplamentos e polias O rendimento do acoplamento é dado por: Conjugado de Carga referido ao eixo do motor carga [visto pelo motor] [carga] acoplamento motor 1 C C carga acoplamento motor P P Tipo de acoplamento Faixa de rendimento (%) Direto 100 Embreagem Eletromagnética 87-98 Polia com Correia Plana 95-98 Polia com Correia em V 97-99 Engrenagem 96-99 Roda dentada (correia) 97-98 Cardã 25-100 Acoplamento hidraúlico 100
  21. 21. • Medida da resistência que um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de rotação em torno de um dado eixo Momento de Inércia – J [total] [motor] [acoplamento] [carga]J J J J 2 [carga] [carga vista pelo eixo] [carga] [motor] n J J n c m
  22. 22. • Depende: – Do eixo em torno do qual está girando. – Da forma do corpo. – Da maneira como a massa está distribuída. – Unidade é [kg.m2] • Distribuição de massa em torno de um eixo • Efeito de Inércia ou momento de impulsão - GD2 2 4GD J 2 J r dm= ×ò Onde: G – peso (não massa) específica. V – volume do cilindro. h – comprimento ou altura do cilindro. r – raio do cilindro. m – massa do cilindro.
  23. 23. • Cilindro maciço [ ]2 2 0 0 4 3 0 2 2 2 2 2 2 4 2 2 r r r J r dm r h r dr r J h r dr h r r J r h m = × = × × × × × × = × × × × × = × × × × é ù= × × × × = ×ê úë û ò ò ò 2 2 m V r h dm h r dr = × = × × × = × × × × Onde: ρ – massa específica. V – volume do cilindro. h – comprimento ou altura do cilindro. r – raio do cilindro. m – massa do cilindro.
  24. 24. • Calcule a massa e o momento de inércia do cilindro de aço abaixo: d=40cm 2cm 3 7960kg m 3 2 2 7960kg m 4 0,4 7960 0,2 4 200kg d m V h m m 2 2 2 1 2 1 200 0,2 2 4,0kg m J m r J J Momento de Inércia – Exemplo 1 20h cm
  25. 25. 2 21 1 2 2 cE m v J 2 2 m v J G d Momento de Inércia de massa em translação referido a um eixo Onde: J – momento de inércia da massa em translação ao eixo. v – velocidade linear. ω – velocidade angular do eixo. m – massa do içamento da massa. • Energia Cinética
  26. 26. • Tempo necessário para que o enrolamento da máquina, quando percorrido pela sua corrente de partida, atinja a sua temperatura limite. – Dependendo do projeto, classe térmica do material (B, F ou H). – Os valores encontram-se nos catálogos dos fabricantes. – Com partida reduzida o tempo de rotor bloqueado deve ser corrigido. Tempo de Rotor Bloqueado – Trb 2 . n rb RB r U t t U trb – tempo de rotor bloqueado com tensão reduzida. tRB – tempo de rotor bloqueado à tensão nominal. Un – tensão nominal. Ur – tensão reduzida.
  27. 27. • Determinação gráfica do conjugado médio de aceleração: Obtido pela diferença entre o conjugado do motor e o conjugado da carga. Tempo de Aceleração Cmméd – conjugado médio de aceleração do motor em Nm. Crméd – conjugado médio de aceleração de carga ao eixo em Nm. Cn – conjugado nominal. Cm – conjugado do motor. Cr – conjugado da carga. Ca – conjugado médio de aceleração. nN – rotação nominal. nN a mméd rmédC C C
  28. 28. • Geralmente deve-se obedecer a relação • Conjugado acelerador ou de aceleração Tempo de Aceleração Onde: Ca – conjugado acelerador ou de aceleração ω – velocidade angular em rad/s J – momento de inércia da carga (corpo), do conjunto dado em kg.m2 0,8a rbt t a d C J dt
  29. 29. • Extremamente importante para dimensionar a proteção, para não sobre aquecer o motor etc... Onde: ta – tempo de aceleração em segundos. Jt – momento de inércia total em kgm2. nN – rotação nominal em rotações por segundos. Cmméd – conjugado médio de aceleração do motor em Nm. Crméd – conjugado médio de aceleração de carga ao eixo em Nm. Jm – momento de inércia do motor. Jce – momento de inércia da carga referido ao eixo. Ca – conjugado médio de aceleração. Tempo de Aceleração t a a J t C m ce a mméd rméd J J t C C
  30. 30. Cadeia Cinemática – vários estágios mC m cC c Cm – conjugado do motor ωm– rotação do motor η – rendimento da transmissão Cc – conjugado da carga ωc– rotação da carga m m c cC C Potência: m c z Relação de transmissão: c c c m m C C C z
  31. 31. • Tendo uma cadeia de acoplamentos e transmissões, tem-se: • Referindo os momentos de inércia ao eixo do motor, princípio da invariabilidade da energia cinética. Cadeia Cinemática– vários estágios 1 2 3. . . . nz z z z z 1 2 3. . . . n 2 2 2 2 a b c a bE J J
  32. 32. Cálculo da inércia total referida ao eixo do motor Cadeia Cinemática– vários estágios m 1 2 n mJ 1J 2J nJ 2 2 22 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 m m n T m nJ J J J J 22 2 1 2 1 22 2 2 n T m n m m m J J J J J 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 1 2 n T m n JJ J J J z z z z z z  
  33. 33. Um motor elétrico aciona por meio de uma transmissão por engrenagens o tambor de um guincho de içamento com diâmetro de 400mm. O guincho deve erguer um peso de 20kN à velocidade de 0,5m/s demorando a partida 0,9 s. Exemplo 2 Acopla- mento G engrenagema engrenagemb engrenagemc engrenagemd d
  34. 34. Variável Valor Unidade tempo de aceleração dt 900,00E-03 s velocidade da elevação v 500,00E-03 m/s Peso a ser elevado P 20,00E+03 N diâmetro do tambor d 400,00E-03 m Momentos de Inércia acoplamento J a 75,00E-03 Kg.m2 engrenagem "a" J ea 50,00E-03 Kg.m2 engrenagem "b" J eb 525,00E-03 Kg.m2 engrenagem "c" J ec 159,00E-03 Kg.m2 engrenagem "d" J ed 1,38E+00 Kg.m2 tambor J t 275,00E-03 Kg.m2 relação de engrenagens "ab" e a /e b 6,00E+00 relação de engrenagens "cd" e c /e d 10,00E+00 rendimento da redução "ab" ab 950,00E-03 rendimento da redução "cd" cd 950,00E-03 Descrição
  35. 35. Variável Valor Unidade conjugado da carga C c 4,00E+03 N.m conjugado da carga visto pelo motor C c,eixo 73,87E+00 N.m rotação do tambor t 2,50E+00 rd/s rotação que o motor deveria acionar o conjunto m 150,00E+00 rd/s 1,43E+03 rpm número de pólos do motor p 4,00E+00 potência do motor P m 13,92E+03 W 18,66E+00 hp potência escolhida do motor pré escolhido P nm 14,92E+03 W 20,00E+00 hp rotação do motor pré escolhido nm 185,88E+00 rd/s 1,78E+03 rpm conjugado nominal do motor pré escolhido C nm 80,27E+00 N.m rotação da carga c 3,10E+00 rd/s velocidade da carga v c 619,59E-03 m/s Momentosde Inércia rotor J r 95,35E-03 Kg.m2 acoplamento J a 75,00E-03 Kg.m2 engrenagem "a" J ea 50,00E-03 Kg.m2 engrenagem "b" J eb 14,58E-03 Kg.m2 engrenagem "c" J ec 4,42E-03 Kg.m2 engrenagem "d" J ed 381,94E-06 Kg.m2 tambor J t 76,39E-06 Kg.m2 carga J c 22,68E-03 Kg.m2 total J total 262,48E-03 Kg.m2 conjugado de aceleração necessário para partir a máquina no tempo dtC a,necessário 54,21E+00 N.m conjugado necessário parapartir e manter acarga C total da carga 128,08E+00 N.m conjugado de partida do motor escolhido C p,motor 3,00E+00 pu conjugado máximo do motor escolhido C m,motor 3,50E+00 pu conjugado de aceleração que o motor disponibiliza C a,disponível 234,78E+00 N.m Resolução Descrição

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