Teoria sobre motores e uso com drives ac
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TREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORESTREINAMENTO DANFOSS - TEORIA SOBRE MOTORES
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Corrente AlternadaCorrente Alternada
Sinal Elétrico no domínio do tempo
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Corrente AlternadaCorrente Alternada
Sinal Elétrico no Domínio do Tempo e Freqüência
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Corrente AlternadaCorrente Alternada
Sinal Elétrico no Domínio do Tempo e Freqüência
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ω=2πf
f(t)= Vmax. senωt
Veff² = 1 . ∫ f(t) ² dt T ti
tf
Veff²= 2π∫ Vmax
2. sen²ωt dt0
2π1 .
2π
Veff²=2π
∫ sen²ωt dt0
1 . Vmax2
sen²a = 1- cos 2a 2
Veff²= 2π1 . Vmax
2 1 t2
2π
0
Veff² = 2π1 . Vmax
2 2π2
Veff²= Vmax
2 2
Veff = Vmax
√2
Veff =√ Vmax
2
2rms
Corrente AlternadaCorrente Alternada
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Corrente AlternadaCorrente Alternada
Retificador do Onda Completa
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220Vac 311,12 Vdc380Vac 537,40 Vdc
Circuito Intermediário - DC Link
Conversor de FreqüênciaConversor de Freqüência
Par. 16-30 - tensão do
Barra/to CC
} Vmax
Vmax=Veff. √2Veff = Vmax
√2
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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 2-10KHzPar 14-00
RMS
TRUE
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Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
Campo Magnético, Forças Resultantes
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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
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
Com o curto nas extremidades
circula corrente
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Motor Assíncrono
Estator
Rotor
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Motor Assíncrono
Partes que Compõem o
Motor
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Motor Assíncrono
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Definição do Vetor Tensão
( )34
32
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
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Vetores de Tensão no Tempo 50
( )34
32
321
ππ jjevevvV ++=
*
( )1v ( )2v ( )3vOs vetores são:
A
B( )2v
( )3v
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Vetores de Tensão no Tempo 100
*
( )34
32
321
ππ jjevevvV ++=
( )1v ( )2v ( )3vOs vetores são:
A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V
100
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Vetores de Tensão no Tempo 150
( )1v ( )2v ( )3v
( )34
32
321
ππ jjevevvV ++=
Os vetores são:
*
A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V
150
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Vetores de Tensão no Tempo 200
( )34
32
321
ππ jjevevvV ++=
A
B
( )1v
( )2v
( )3v
V
200
( )1v ( )2v ( )3vOs vetores são:
*
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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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
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
A Intensidade do Campo Magnético é Constante
φ = ³/2 Φ máx
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A Intensidade do Campo Magnético
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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
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A Intensidade do Campo Magnético
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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:
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A Intensidade do Campo Magnético
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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.
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A Intensidade do Campo Magnético
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
φ = ³/2 Φ máx
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Campo Magnético, Rotação e Escorregamento
Fs=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
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Cat NO 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)
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
= 9,55
Cat H
Cat D alto escorregamento
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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 - 35503600
100%= 5036
= 1,38 %
S = 1800 - 1750
1800100%=
50
18=2,77 %
S =n0 - nn
no
100%
S =1800 - 1640
1800100%= 160
18=8,88 %
Par. 1- 62= x % de Compensação de Escorregamento
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Exemplo de Aplicação
Exercício: Calcular o Escorregamento e o Torque nominal de um motor de 1 cv e 1720RPM
S = n0 - nn
n0
* 100% S = 1800 - 1720
1800100% =
80
18= 4,44 %
T = 0,75 x 9550 (t = 60s)
1720
T = 4,16 Nm
T = P x 9550 (t = 60s)
n
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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| Confidential/Property of Danfoss Drives A/S | Friday, April 18, 2014 | 29
P = T x n (t = 60s) 9550
P = 1000 x 18009550
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
Exemplo de Aplicação
O Motor Elétrico dimensionado deverá possuir potência superior aos valores calculados.
Ex1: Ex2:
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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.
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| Confidential/Property of Danfoss Drives A/S | Friday, April 18, 2014 | 30
Perdas de Motores
Pm = ɳ.Pe S =n0 - nn
no
100%
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Magnetização de Saturação Oposta
Magnetização Nula
Magnetização Nula
Magnetização Remanente
Magnetização Remanente
Coercividade
Magnetização do material-(Tesla)
Intensidade de campo magnético
aplicado – (Ampere/metro)
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
Perdas de Motores
Laço de Histerese
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Perdas por Histerese Magnética
H (A.m)
B (Wb)
Br
-Br
Liga de Alnico
Terras Raras
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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I+ + +++++++
- - - - - - - ---
Corrente de “Foucault” EDDY Current
+++++++
---------------
Solução: laminar as chapas do material Ferromagnético para reduzir estas perdas
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Esquema Elétrico Equivalente do Motor
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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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)
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Esquema Elétrico Equivalente do Motor
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)
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Simplificado
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Esquema Elétrico Equivalente do Motor – AMA Reduzido
Eletromagnetismo e Motor ElétricoEletromagnetismo e Motor Elétrico
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Sobre o Torque
V
is
imag
Irotor
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TC(Guindaste/Correia Transportadora/Ponte Rolante/ Esteira/ Guincho/ Extrusora/ Prensa/Moenda/ Enchedora/ Lavadora/Rotuladora/Sopradora/Injetora, etc…)
Sobre o Torque
frequência
U
T60Hz
P = U x I
T. V (Bomba Centrífuga/ Ventilador/ Exaustor )
Enfraquecimento do Campo no Motor
Cargas de Torque Constante
Cargas de Torque Variável
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Velocidade
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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
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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
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Tensão Alternada Trifásica
Campo Girante
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Pm = ɳ.Pe
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Plaqueta do Motor
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Partida Estrela/Triângulo
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Partida Estrela/Triângulo
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Relação Torque x Velocidade
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Torque do Motor Acima da Velocidade Síncrona
Velocidade (RPM)
1800 rpm 2400 rpm 3000 rpm 36000 rpm
Ve
locid
ad
e sín
cron
a
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Carga 1
Carga 2
Carga 3
Carga 4
Carga 5
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Escorregamento Velocidade
II
III IV
I
Operação 4 - Quadrante
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