Tecnologia e Construcao Maquinas CA

7/31/2019 Tecnologia e Construcao Maquinas CA

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TECNOLOGIA E CONSTRUO - MQUINAS CA

Emannuel J. Fernandes, Ms.


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TPICOS

1) INTRODUO2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS

3) GERADORES SNCRONOS4) MOTORES SNCRONOS5) CONCLUSO

6) REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS


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1) INTRODUO

Discursar sobre a construo das mquinas CAmais comuns no mercado.

Relatar caractersticas tecnolgicas dasmquinas de CA.

Reforar algumas caractersticas operativas e

sua relao com a construo da mquina CA.


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1) INTRODUO

Aspectos comuns Sempre constitudas de rotor e estator

Operam atravs de campos eletromagnticos eminterao com correntes eltricas ou bobinas/peascondutoras (ex. Gaiola de esquilo).

Os enrolamentos podem ser: De armadura ou induzido De campo fixo ou indutor


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1) INTRODUO

Caracterstica bsica Gerador sncrono: alimentao cc no rotor

estator a armadura (induzido) Motor de induo: alimentao ca no estator

rotor a armadura (bobinado ou gaiola de esquilo)


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1) INTRODUO

O princpio da gerao CA - Monofsico


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1) INTRODUO

O princpio da gerao CA - Trifsico


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1) INTRODUO

Motor trifsico Princpio do campo magntico girante

Tenses e correntes nas fases defasadas de 120 Bobinas tambm defasadas de 120


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1) INTRODUO

Motor trifsico sncrono Rotor gira na velocidade do campo girante


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1) INTRODUO Motor de induo trifsico Rotor no gira na velocidade do campo girante Se girasse, no haveria induo pois no haveria

movimento relativo entre o campo e espiras do rotor


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS

MIT Giram a velocidade cte (carga leve at mxima)

Controle de velocidade s por controle defrequncia

Dois tipos: gaiola de esquilo e rotor bobinado

MIT outro uso Gerador de induo trifsico


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS MIT Estator fixo e rotor giratrio (gap de 0.4 a 4mm) Estator: carcaa de ao que acomoda um cilindro

oco laminado onde so usinadas as ranhuras dosenrolamentos

Rotor: lminas prensadas com ranhuras usinadaspara enrolamento 3f ou para acomodar a gaiola


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS GAIOLA DE ESQUILO Barras de cobre ou alumnio maior que o rotor Encaixada nas ranhuras, curto-circuitadas por anis

Motores at mdia potncia (injeo de alumnio)


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4) BASES SOBRE MOTORES CA MIT Rotor em gaiola de esquilo Fcil e barata construo


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4) BASES SOBRE MOTORES CA MIT Rotor bobinado Objetivo de suavizar a

partida diminuindo ascorrentes de curtocircuito induzidas norotor.

Usado como controlerudimentar develocidade


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS ROTOR BOBINADO Enrolamento 3f conectado em Y (nas ranhuras) Terminais conectados a anis deslizantes (giram)

Escovas fixas contato com resistncias externas Resistores em srie para partida ou controle de vel.


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS OPERAO Lei de Faraday e fora de Lorentz

Tenso induzida nos condutores ao serem cortados pelo fluxo

magntico Corrente eltrica produzida e condutor sujeito a fora delorentz

Se rotor girar na vel. do campo Vind, Iind e Find = 0

Sempre gira abaixo ou acima


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS CAMPO MAGNTICO GIRANTE Considere a mquina de plos salientes (6 plos, bob. de 5

espiras/plo)

Bobinas opostas so ligadas em srie criando 3 enrolamentos Enrolamentos concentricos espaados de 120 mec. (ligao Y)

Ligando os terminais a fonte 3f Correntes defasadas geram campo mag.

Valor de pico de uma fase meio picode polaridade invertida nas demais fases

Campo mag depende da Fmm = N.i segue o mesmo comportamento


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS CAMPO MAGNTICO GIRANTE Analisando no tempo temos 2 plos que giram

D uma volta em um perodo da corrente, se 60Hz 3600 rpm

Velocidade em sincronia com a frequncia sncrona


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Gerador de Induo bobinado (elica)a)Se rotor conectado a uma carga velocidade Ns

Temos escorregamento e produo de torque

Campo do estator arrasta o campo do rotor Mquina funciona como motor de induo

b)Se rotor conectado a uma turbina elica

Uso de cx. de engrenagens ou plos velocidade Ns Temos inverso de correntes induzidas

Campo do rotor arrasta o campo do estator

Mquina funciona como gerador de induo

2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS ESTATORES MODERNOS Plos salientes e bobina concntrica plos lisos e

bobinas distribudas Bobina distribuda em ranhuras adjacentes constitui um grupo Bobina distribuda distribuio de fluxo senoidal (ideal) 1 par de plos sep. mecnica de 120 entre os enrolamentos


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS N DE PLOS E VELOCIDADE SNCRONA a quantidade de plos = dividir bobinas em mais grupos e

enrolamos as espiras obtendo plos vizinhos contrrios 2 pares de plos separao mec. de 60 entre

enrolamentos Dentre o pico de uma fase e o de outra o deslocamento do

campo menor, apenas 60. Logo a vel. sncrona:

ns=f

p. plos

ns em rps x60 em rpm


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2) MQUINAS DE INDUO TRIFSICAS Motor de induo trifsico Gira a velocidade inferior a sncrona deslizamento Tambm chamado de escorregamento, dado por:

E o escorregamento percentual dado por:s=

NsNrNs

escorregamento=NsNr


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Geradores cujo rotor gira em sincronia com o campo

Mquina responsvel pela gerao mundial de energia

Hidreltricas, termoeltricas, usinas nucleares e grupos geradores

Geradores de plos salientes e plos lisos Salientes baixa velocidade de rotao

hidreltricas

Lisos ou Turbogeradores alta velocidade de rotao

Termeltricas ou usinas nucleares (Vapor em P e T) Sistema tem mesmos 3 componentes bsicos: Armadura (induzido), campo (indutor) e mq. Motriz

3) GERADORES SNCRONOS


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Dois tipos de geradores sncronos:

De campo estacionrio

Plos salientes criam o campo indutor (estator) Enrolamento 3 no rotor ou induzido (Y)

Armadura gira na presena do campo (rotor)

Conj. Anis e escovas para conexo gerador-rede

Tenso velocidade de giro e corrente dc de excitao Frequncia velocidade de giro e n plos do indutor

Usado para potncias inferiores a 5kVA



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Dois tipos de geradores sncronos:

De campo giratrio Plos salientes criam o campo indutor (rotor)

Enrolamento 3 no estator ou induzido (Y) isolao Armadura estacionria na presena do campo girante

Conexo gerador-rede feito de forma direta (sem escovas)

Campo excitado por gerador cc solidrio (auto-excitado)

Tenso velocidade de giro e corrente cc de excitao Frequncia velocidade de giro e n plos do indutor

Usado para potncias superiores



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- controle de excita o do campo do gerador cc

- controla a tens o e corrente induzidas para excita o do

campo do gerador s ncrono



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Nmero de plos do gerador sncrono Depende da velocidade de rotao da mquina e da frequncia

em que ir operar (projeto)

Cada vez que um par de plos do campo indutor cruzamecanicamente um dado enrolamento do estator a tensoinduzida descreve 1 ciclo

Quanto mais pares de plos, maior a frequencia da tenso

Como frequencia fixa o rotor dever girar lentamente


RPS=frequencia

pares de polos

RPM=60 x frequencia

pares de polos


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Caractersticas do estator Do ponto de vista eltrico idntico ao de um MIT

Composto por cilindro laminado com ranhuras

Enrolamento 3 conectado em Y (neutro aterrado)

Tenso por fase = 1/3 (58%) da tenso de linha

Economia nos enrolamentos isolao

Aumento de potncia seo dos condutores

Distoro devido a 3a harm. de cada fase (cancelam-se). Numa ligao em componentes somam-se (presas no )



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Caractersticas do rotor Construdo de plos lisos ou salientes Apresenta gaiola de esquilo ou bobina em curto para diminuir

oscilaes (enrolamento amortecedor) e partida

Plos salientes Turbinas hidrulicas giram a baixas velocidades (50 a 300 rpm)

Frequncia fixa qtd. de plos dimetro

Espiras do enrolamento feitas de barras de cobre isoladas por mica



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Plos lisos ou rotor cilndrico Turbinas a vapor so menores e mais eficientes Devido a frequencia e a qtd mnima de plos, temos a

velocidade mxima 3600rpm para 60Hz 2 p. De plos 1800rpm (velocidades comuns) Enrolamentos firmemente alocados no ncleo usinado

velocidade (3600rpm) dimetro mx. 1,2m Para potncia (1000 a 1500MVA) rotor comprido



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Excitao cc de campo Controla a tenso de sada do gerador Sob condies normais responde pelas variaes de carga

no tempo Representa um controle rpido contra instabilidade

(ordem de millisegundos) Autoexcitados de Dois tipos: COM OU SEM escovas Sem escovas chamado de BRUSHLESS

Um retificador trifsico elimina o mecnico(comutador) e gira junto ao eixo (sem anis e escovas)



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Gerador Sncrono (carga RL)Quando sob carga reao da armadura Ia criao de campo magntico

contrrio torque da mquina motriz para evitar

velocidade frequncia e/ou tenso

Necessidade da regulao da velocidadeControle de vlvulas da fonte mecnica

Necessidade da regulao de tenso

Controle de excitao do campo



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Gerador Sncrono e seus controles



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Consideraes finais dosgeradores sncronos

Tamanho e potncia

eficincia(at 99%) potncia sistemas

de refrigerao

Ar, gua e hidrogniolquido



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4) MOTORES SNCRONOS

Giram em sincronismo com o campo girante Velocidade constante independente da carga

Usadas na indstria pesada (200 a 20000 hp) Era utilizado para correo do fator de

potncia Super-excitado no campo capacitor sncrono

Apresenta construo idntica ao gerador


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4) MOTORES SNCRONOS

Estator

Ncleo magntico usinado em ranhuras

Enrolamento 3 em Y (idntico ao de induo)

Rotor

Plos salientes com enrolamentos excitados por corrente cc

gaiola de esquilo ou enrol. amortecedor p/ partida

Excitao de fonte externa por anis e escovas Excitao brushless com necessidade de gerador aux.


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4) MOTORES SNCRONOS

Estator e rotor tem mesmo nmero de plos Nmero de plos define a velocidade do rotor

Parte como motor sncrono (devido a gaiola) Excitao cc no usada at a chegada prx a vel.

Sncrona

Torque de pull-in trava os plos estator-rotor

RPS=frequencia

pares de polos

RPM=60 x frequencia

pares de polos


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4) MOTORES SNCRONOS

Motor sncrono em funcionamento Vazio plos opostos rotor estator esto travados

no mesmo eixo

Carga plos do rotor atrasam mas mantm sinc. ngulo mecnico aumenta com aumento da carga Limite torque de pull-out (1.5 a 2.5 x nominal)


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5) CONCLUSO

Motores de induo so timos paravelocidades acima de 600rpm.

Baixa velocidade pesado, caro, fp e eficincia

Motores sncronos so timos para baixasvelocidades

Fp pode ser ajustado para 1 e eficincia Podem ser utilizados como capacitores

sncronos


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6) Referncias Bibliogrficas

Electrical Machines, Drives and Power systems /Theodore Wildi, 6a Edio, Pearson Education, 2006.

Mquinas Eltricas e Transformadores / Irving L. Kosow,8a Edio, So Paulo, Ed. Globo, 1989.

Mquinas Eltricas / A. E. Fitzgerald, 6a Edio, PortoAlegre, Ed. Bookman, 2006.

Mquinas Eltricas / S. J. Chapman, 3a Edio, Ed.

McGraw Hill, 2000.

Basic Electricity/Electronics, vol 5, Motors andgenerators How they Work, editora Howard W Sans &Co. Inc, 1968.

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