Motores Assíncronos - Apostilas - Automação Industrial Part1, Notas de estudo de Gestão Industrial

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TN Workshop Instalações Elétricas de Baixa Tensão Schneider ie É Electric ma [OS NTo ENERGÉTICA E ACIONAMENTOS DE MOTORES 5 Introdução  ACIONAMENTO ELÉTRICO: Sistema capaz de converter energia elétrica em energia mecânica (movimento), mantendo sob controle tal processo de conversão.  São normalmente utilizados para acionar máquinas ou equipamentos que requerem algum tipo de movimento controlado, como por exemplo a velocidade de rotação de uma bomba. Os motores mais amplamente utilizados nos acionamentos elétricos são os motores de indução monofásicos e trifásicos. 6 Introdução  Um acionamento elétrico moderno é formado normalmente pela combinação dos seguintes elementos: • MOTOR: converte energia elétrica em energia mecânica • DISPOSITIVO ELETRÔNICO: comanda e/ou controla a potência elétrica • TRANSMISSÃO MECÂNICA: adapta a velocidade e inércia entre motor e máquina (carga) SISTEMA ELÉTRICO MOTOR ELÉTRICO CARGA MECÂNICA CONTROLE 7 Introdução  A escolha do motor e de seus dispositivos de partida e parada, mesmo influenciada por aspectos ambientais, está diretamente relacionada com a carga mecânica a ser acionada e ao impacto dela no sistema elétrico.  No acionamento das cargas mecânicas os conjugados resistentes e de arraste precisam ser analisados para evitar problemas operacionais como desgaste, vibração, aquecimento... 10 Sistemas de velocidade variável  Durante muitos anos, as aplicações industriais de velocidade variável foram ditadas pelos requisitos dos processos e limitadas pela tecnologia, pelo custo, pela eficiência e pelos requisitos de manutenção e componentes empregados.  No passado: a variação de velocidade era feita por motor de indução de velocidade fixa (primeiro dispositivo de conversão de energia elétrica para energia mecânica) + dispositivo de conversão de energia através de componentes mecânicos, hidráulicos ou eletromagnéticos (segundo dispositivo de conversão de energia). 11 Sistemas de velocidade variável tradicionais  VARIADORES MECÂNICOS • Acoplamento por polias: redução ou ampliação de velocidade fixas, sem a possibilidade de uma variação contínua de rotação. Para cada nova rotação, o motor deve ser desligado para a troca das polias. Baixo rendimento com o motor operando quase sempre nas suas condições nominais, independente das rotações desejadas na sua saída (desperdício de energia). • Variadores mecânicos (motoredutores): avanço em relação ao anterior, pois aqui já se consegue variar a rotação de saída através de um jogo de polias/engrenagens variáveis. Continua o baixo rendimento com o motor, operando quase sempre nas suas condições nominais, independente das rotações desejadas na sua saída (desperdício de energia). Equipamentos limitados a baixas e médias potências (limite das engrenagens). Sistemas de velocidade variável tradicionais Q procOBRE INSTITUTO BRASILEIRO DO COBRE E 15 Sistemas de velocidade variável tradicionais  VARIADORES/EMBREAGENS ELETROMAGNÉTICOS • Mudou-se o conceito de variação exclusivamente mecânica para variação eletromecânica; • Utiliza-se técnicas baseadas no princípio físico das correntes de Foucault, utilizando um sistema de discos acoplados a bobinas que podem ter seu campo magnético variável, variando-se assim o torque (e também a velocidade) na saída do variador. • Rendimento muito baixo, pois apresenta perdas por aquecimento e ruído • Aqui também o motor sempre estará girando na rotação nominal, independente da rotação desejada no eixo de saída (desperdício de energia), quando se opera em rotações abaixo da nominal. 16 Sistemas de velocidade variável atuais  Na década de 80, com o desenvolvimento de semicondutores de potência com excelentes características de desempenho e confiabilidade, foi possível a implementação de sistemas de variação de velocidade eletrônicos.  O dispositivo de conversão de energia elétrica para mecânica continuou sendo o motor, porém sem a utilização de dispositivos secundários mecânicos, hidráulicos ou eletromagnéticos.  Os sistemas de variação contínua de velocidade proporcionam, entre outras, as seguintes vantagens: economia de energia, melhoramento do desempenho de máquinas e equipamentos (adaptação da velocidade aos requisitos do processo), elimina picos de corrente na partida etc. 17 Tipos de motores elétricos Motores assíncronos trifásicos • Estator: em um motor assíncrono trifásico, três enrolamentos geométricamente deslocados 120º são alimentados cada um por uma das fases de uma rede trifásica alternada. Os enrolamentos percorridos por estas correntes alternadas produzem um campo magnético girante com velocidade síncrona (rpm): • Rotor: constituído por barras curto-circuitadas que sob ação do campo girante, tem força eletromotriz induzida nas barras, dando origem à circulação de correntes que interagindo com o campo magnético girante darão origem a forças (conjugado) movimentando o rotor no sentido do campo magnético. P f Ns   120 f = frequência; P = nº polos 20 Tipos de motores elétricos Ponto de equilíbrio = conjugado de aceleração é zero e a velocidade permanece constante (nominal) O conjugado do motor deve ser sempre MAIOR que o conjugado da carga, em todos os pontos entre zero a a velocidade nominal (inclusive na partida) 21 Tipos de motores elétricos • O rendimento varia com a carga do motor; • Rendimento alto significa baixas perdas; • Quanto maior o rendimento, menor a potência absorvida da linha, e portanto, menor o custo da energia elétrica. Tipos de motores elétricos Pa= UNB cos é E Rendimento PERDAS JOULE R ESTATOR » — Pa=UIy3 cos q PERDAS FERRO DO ESTATOR PERDAS FERRO DO ROTOR PERDAS DRDS dOULE MECÂNICAS [1 = (FRIÇÃO) ——+ Pu=Cw Pu=C.o H Potência Potência mecânica. (Potência útil sobre o eixo). Pu=Co com w= 21N 60 Potência elétrica. (Potência consumida pelo motor). Pa=UlI 3 cosq U = Tensão de alimentação da rede | = Corrente eficaz consumida pelo motor cos q = Fator de potência Q procOBRE INSTITUTO BRASILEIRO DO COBRE E 25 Motor de Alto Rendimento  Eficiência energética através do motor de Alto Rendimento • O setor industrial é responsável por 43% do consumo anual de energia em nosso país. Dentro deste setor, onde há maior demanda de energia elétrica, os motores são responsáveis por aproximadamente 55% deste consumo. 26 Motor de Alto Rendimento  Diferenças entre o motor de Alto Rendimento e o motor standard • Maior quantidade de cobre: reduz as perdas Joule (perdas no estator); • Chapa magnética com alta permeabilidade, baixas perdas e entreferro reduzido - reduz a corrente magnetizante e consequentemente as perdas no ferro; • Enrolamento dupla camada: resulta em melhor dissipação de calor; • Rotores tratados termicamente: reduz as perdas suplementares; 27 Motor de Alto Rendimento  A diferença de rendimento entre os motores padrão e Alto rendimento variam entre 1,5 e 7 % sendo que para os motores de potencia menor a diferença é maior. Vale lembrar que a economia de energia em motores maiores é sempre maior, pois 2% em um motor de 150CV, pode ser muito maior que 7 % em um motor de 1CV. Motor standard Motor A.R Motor 5 CV 4 polos 85,0 88,5 Motor 150CV 4 polos 93,5 95,0  O custo do motor AR varia entre 30 e 40% a mais que o Standard e o tempo de retorno está ente 8 meses e 18 meses, com média de 12 meses 30 CONTATORES: Categoria de emprego  Categorias de emprego segundo IEC 947-4 • As categorias de emprego normalizadas fixam os valores de corrente que o contator deve estabelecer ou interromper, mantendo vida útil de 1,0 a 10,0x107 manobras. • Elas dependem: – da natureza do receptor controlado: motor de gaiola ou de anéis, resistências, capacitores, lâmpadas fluorescentes, etc. – das condições nas quais são efetuados os fechamentos e aberturas: motor em regime ou bloqueado ou em partida, inversão do sentido de rotação, frenagem por contracorrente. 31 CONTATORES: Categoria de emprego de motores  As categorias de emprego em corrente alternada 32 CONTATORES: Categoria de emprego de motores  As categorias de emprego em corrente alternada 35 Coordenação  Sem coordenação • São grandes os riscos para o operador, como também podem ser grandes os danos físicos e materiais.  Coordenação tipo 1 • É aceita uma deterioração do contator e do relé sob 2 condições: – nenhum risco para o operador, – todos os demais componentes, exceto o contator e o relé térmico, não devem ser danificados.  Coordenação tipo 2 • O risco de soldagem dos contatos do contator é admitido se estes puderem ser facilmente separados. Após ensaios de coordenação tipo 2, as funções dos componentes de proteção e de comando continuam operacionais. • É a solução que permite a continuidade de serviço.  Coordenação total • É a solução em que não são aceitos nenhum dano ou desregulagem. 36 Coordenação Qual a escolha certa? • O tipo certo de coordenação para determinada instalação depende dos parâmetros de funcionamento. A escolha acertada proporcionará ao usuário um custo de instalação mínimo. Fatores determinantes para uma instalação englobam: – TIPO 1: pessoal de manutenção especializado; equipamentos de custos acessíveis; continuidade de serviço não requerido ou feito pela substituição da chave de partida do motor sob defeito. – TIPO 2: continuidade de serviço; redução do pessoal especializado e especificações que estipulam o tipo 2. Coordenação ER lei 4 temperatura: 55'C aasOCMIÇÃO disjuntor É 1 funcionamento: NC10OL MA 220 V 100 kA + contator + relé térmico ) NC100L MA 380 V 50 KA O quadro abaixo indica a associação entre: N NCI00L MA 440 V 30 kA E disjuntor Merlin Gerin; E contator e relé térmico Telemecanique. motores trifásicos > Er : classe 10 classe A niiiores potência corrente nominal disjuntores contatores relés térmicos disjuntores NC100L MAs kw lev I(A)220V le máx. "In(A) [Irm(A) referência 'referência Irth(A) [In(A) [irm(A) | referência 0.37 [05 [18 J2s 2.5 [30 [LC1 DOS [LR2D1307 16:25 [25 T30 LC1 DOS 055 /075 | 28 4 4 50 (Ler Dos [LA2 D13 08 12514 [4 50 LC1 Dos 075 [11/35 4 [4 50 [4 50 11 Q15 9/44 16 [63 75 63 75 C1 DO 15 |? 1|61 8 10 [120 “ILRZDIS 12 558 [10 120 [LCIDOS | 22 13 87 10 10 [120 — [LC1D25 [LAZD1314 7H0 [10 [120 |LC1 DOS 3 4 11,5 12,5 12.5 |150 |LCID25 [LA2D1316 913 [125 [150 |LC1DiZ |LA2D1316| 37 |5 13.5 16 16 [190 — [LC1-D25 |LR2DI3 21 127 16 [190 [LCiDi8 |LR2D1321 “ 5.5 14.5 16 16 [190 TLOr D25 [LR2DI321 1218 [16 [190 [LCIDI8 [LAZD1321 55 |75 |20 25 25 |300 [LC1D25 [LA2Di322 17:25 [25 [300 LC1 D25 | LR2D13 22 75 Ji |27 32 40 [480 LC1D40 [LR2D3353 2332 [40 [480 [LC1D32 | LR2D2353 23/32. Je ia 40 40 JAB0 | |LC1D40 |LRZ2D3355 30/40 [40 [480 |LC1D40 | LR2D3355 30/40. 1 [15 [99 "Tso [es I7so [LC1 D50 [LR2D3357 37/50 |63 [750 [LC1D50 |LR2D3357 |37/50 15 |20 [52 63 63 [750 [LC1D6S [LR2D3359 4865 [63 [750 |LC1D65 [LR2D3359 [48/65 Q proOcOBRE INSTITUTO BRASILEIRO DO COBRE E 40 Tipos de partida de motores assíncronos  Principais características • Destina-se a máquinas que partem em vazio ou com carga; • Partidas normais (< 10s). Para partidas prolongadas (pesadas), deve-se ajustar as especificações do contator, relé de sobrecarga, condutores, etc; • Relé de sobrecarga: ajustar para a corrente de serviço (nominal do motor); • Frequência de manobras: média 15 manobras/hora. 41 Tipos de partida de motores assíncronos  Partida direta VANTAGENS • Menor custo • Muito simples de implementar • Alto torque de partida DESVANTAGENS • Alta corrente de partida, provocando queda de tensão na rede de alimentação (interferência em equipamentos ligados na mesma instalação • É necessário sobredimensionar cabos e contatores • limitação do número de manobras/hora