tecnologia e construcao maquinas ca
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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 )
3) GERADORES SNCRONOS
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3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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3) GERADORES SNCRONOS
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3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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3) GERADORES SNCRONOS
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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)
3) GERADORES SNCRONOS
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3) GERADORES SNCRONOS
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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
3) GERADORES SNCRONOS
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Gerador Sncrono e seus controles
3) GERADORES SNCRONOS
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Consideraes finais dosgeradores sncronos
Tamanho e potncia
eficincia(at 99%) potncia sistemas
de refrigerao
Ar, gua e hidrogniolquido
3) GERADORES SNCRONOS
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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.