aplicacao de motores
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Características e Especificações de Motores de
Indução
1. Introdução
A seleção do tipo adequado do motor com respeito a:
· conjugado;
· fator de potência;
· rendimento;
· elevação de temperatura;
· isolação;
· tensão;
· grau de proteção mecânica;
Somente pode ser feita após uma análise considerando parâmetros como:
· custo inicial;
· capacidade da rede;
· necessidade da correção do fator de potência;
· conjugados requeridos;
· efeitos da inércia da carga ambiente;
· regulação da velocidade.
2. Características da Carga
2.1. Potência Nominal
Pn = wn * Cn
Cw
wCCE
acopl
c
m
CN1
.
* *
Onde: CCE = conjugado de carga referido ao eixo do motor [Nm]
acopl. = rendimento do acoplamento wc = rotação da carga [rad/s] wm = rotação do motor [rad/s] CCN = conjugado de carga nominal [Nm]
Rw
w
c
m
R = fator de redução
O rendimento do acoplamento pode ser definido por:
acopl
c
m
P
P.
Onde: Pc = Potência transmitida à carga [Kw] Pm = Potência do motor [Kw]
2.2. Conjugado Resistente da Carga:
O conjugado da carga é:
Ccarga = Co + Kc . ncx
Ccarga = Co + Kc . ncx
Para x = 0, 1 e 2 o conjugado médio pode ser calculado como:
Cn n
C dC
c c
c a nc
n
n
medio
1
2 1 2
1
arg
C
n ndC
c c
nc
n
n
medio
1
2 1 2
1
C + K . no c c
x
Cn n x
C
c cn
n
medioc
c
1 1
12 12
1
C .n + K . no c c c
x+1.
Cn n xC
c cmedio
C + K .
n no c
c2
x+1
c1
x+1
2 1
1
1.
Quando a carga parte do repouso temos nc1=0 e então resulta:
Cx
Cmedio
C + K .
no c
c2
x
1
1) Carga com CONJUGADO CONSTANTE (x=0): Ccarga = Co + Kc = CCN e P = (Co + Kc) nc
CCmedio C + Ko c = CONSTANTE = CCN
2) Carga com CONJUGADO LINEAR (x=1): Ccarga = Co + Kc.nc = CCN e P = Co. nc + Kc. nc
2
C nC cmedio C +
1
2.Ko c .
CCmedio
C + Co CN
2
3) Carga com CONJUGADO QUADRÁTICO (x=2): Ccarga = Co + Kc.nc
2 = CCN e P = Co. nc + Kc. nc3
C nC cmedio C +
1
3.Ko c . 2
CCmedio
2.C + Co CN
3
4) Carga com CONJUGADO HIPERBÓLICO (x=-1): Ccarga = Co + Kc/nc = CCN e P = Co. nc + Kc
Cn n
C dC
c c
c a nc
n
n
medio
1
2 1 2
1
arg C n ndC
c c
nc
n
n
m edio' '
1
2 1 2
1K
n
C
c
2.3. Momento de Inércia:
O momento de inércia da carga acionada é uma das
características fundamentais para verificar, através do tempo
de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro
das condições exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade
térmica do material isolante.
Momento de inércia é uma medida da resistência que
um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de
rotação em torno de um dado eixo.
JCE = Jc . R
2 Onde: JCE = momento de inércia da carga referida ao eixo do motor em [kgm2] Jc = momento de inércia da carga em [kgm2]
JT = JM + JCE Onde: JT = momento de inércia total “visto” pelo motor em [kgm2] JM = momento de inércia do motor em [kgm2] JM = 0,04.P0,9.p2,5
3. Características do Motor
3.1. Categorias
Categoria N
Cpartida normal; I partida normal (6 a 8 * Inominal);
Baixo escorregamento.
Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se
ao acionamento de cargas normais, como bombas, máquinas, operatrizes,
ventiladores.
Categoria H
Cpartida alto; I partida normal; baixo escorregamento.
Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como
peneiras, transportadores carregados, cargas de alta inércia, britadores, etc.
Categoria D
Cpartida alta, Ipartida normal; alto escorregamento (+ de 5%). Usados em prensas
excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos.
3.2.Conjugado do Motor Médio (CMmédio):
O conjugado mecânico do motor é dado pela expressão abaixo:
CR I
w sM
s
3 2 2
2. .
.
' '
Usualmente temos: a) Para motores categorias N e H:
C = 0,45* KM médio 2 * *.C
C
C
CC
P
N
Max
N
N
b) Para motores categorias D:
C = 0,60 * KM médio 2 * *C
CC
P
N
N
FATORES DE CORREÇÃO DOS CONJUGADOS EM
FUNÇÃO DA TENSÃO:
Quando a tensão aplicada ao motor for diferente da
nominal, os conjugados e a corrente de partida deverão ser
corrigidos. A correção deve ser feita através de fatores de
multiplicação K1, para a corrente de partida e K2 para os
conjugados CP e Cmáx. Obtidas da figura abaixo.
Portanto:
I
IK
I
I
P
N V
P
N VN
1 *
C
CK
C
C
P
N V
P
N VN
2 *
C
CK
C
C
Max
N V
Max
N VN
. .*
2
4. Classes de isolamento
A vida útil de um motor de indução depende quase
exclusivamente da vida útil da isolação dos enrolamentos. Ela é
afetada por muitos fatores, como umidade, vibrações, ambientes,
ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais
importante é sem dúvida a temperatura de trabalho dos materiais
isolantes empregados. Um aumento de 8 a 10 graus na temperatura
da isolação reduz sua vida útil pela metade.
As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os
respectivos limites de temperatura conforme NBR 7094, são os
seguintes:
classe A (105° C)
classe E (120° C)
classe B (130° C)
classe F (155° C)
classe H (180° C
5. Tempo de Rotor Bloqueado (trb):
Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário para que o
enrolamento da máquina, quando percorrido pela sua corrente de
partida (arranque), atinja a sua temperatura limite, partindo da
temperatura atingida em condições nominais de serviço e
considerando a temperatura ambiente no seu valor máximo.
Este tempo é um parâmetro que depende do projeto da
máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ou na folha de
dados do fabricante.
TEMPO DE ROTOR BLOQUEADO PARA PARTIDAS COM TENSÃO REDUZIDA :
t tV
Vrb rb
N
RR
*
2
Onde: trbR = tempo de rotor bloqueado com tensão reduzida trb = tempo de rotor bloqueado à tensão nominal VN = tensão nominal VR = tensão reduzida
TEMPO DE ROTOR BLOQUEADO EM RELAÇÃO À CLASSE DE
ISOLANTE :
Os tempos de rotor bloqueado apresentados em catálogos estão
referenciados ao isolante classe “B”. Ao trocarmos o isolante para
uma classe superior, podemos aumentar o tempo de rotor
bloqueado, da seguinte maneira:
Catálogo Classe B
trb(F) = 1,3846 . trb(B)
trb(H) = 1,7692 . trb(B)
6. Tempo de aceleração (ta) :
Tempo de aceleração é o tempo que o motor leva para acionar a carga
desde a rotação zero até a rotação nominal.
ta < trb . 0,8
Para um movimento de rotação é válida a relação:
CP
w C = F*d F = m*a F m
dw
dt *
logo: C m d
dw
dt * *
C J
dw
dt *
Onde: J = momento de inércia do corpo [kgm2]
C = conjugado acelerador [Nm]
w = velocidade angular [rad/s]
Para o caso em que o motor deve acionar uma carga, temos: JT = JM + JCE Onde: JT = momento de inércia total “visto” pelo motor em [kgm2] JM = momento de inércia do motor em [kgm2]
O conjugado acelerador pode ser substituído sem perda de precisão pelo conjugado acelerador médio dado por:
Caméd = CMmédio - CCmédio
O gráfico da figura abaixo mostra o conjugado acelerador médio.
Temos:
C - C M Cmédio médio J J
dw
dtM CE *
dtJ J
dwM CE
C - CM Cmédio médio
*
dtJ J
dw
a
M CE
w
0 M C
C - C
médio médio
*0
tJ J
wM CE
a
M C
C - C
médio médio
*
tJ J
wM CE
a
M C
C - C
médio médio
*
Substituindo:
JCE = Jc . R2
Onde: JCE = momento de inércia da carga referida ao eixo do motor em [kgm2] Jc = momento de inércia da carga em [kgm2]
Temos:
tJ J R
RwM C
a
M C
C - C
médio médio
.
**
2
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