Fabio soares marcelo carvalho da rosa renato zelak agottani



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1.8O TRANSFORMADOR MONOFÁSICO RURAL COM TAP NO SECUNDÁRIO


O transformador utilizado para alimentar o motor em estudo é um transformador monofásico rural com “center tap” no secundário.

Seus dados de placa estão explícitos na figura 6.


Figura 6 - Dados de placa do transformador.

Fonte: (autoria própria).
A tensão nominal do lado de alta é de 13.800 V, do lado de baixa, de 254/127 V e possui potência nominal de 15 kVA.

Os dois diferentes níveis de tensão no secundário são obtidos por meio de duas bobinas em série, e um “center tap”, que comuta entre elas.

A figura 7 ilustra os terminais de alta e baixa tensão do trafo:



Figura 7 - Esquema de ligação dos terminais do transformador.

Fonte: (NBR 5440).
Onde H1 e H2 representam os terminais de alta tensão do primário, 13800V, e X1, X2 e X3 os terminais de baixa do secundário, 254/127V.

Entre X1 e X3, obtém-se a tensão mais elevada do secundário, 254V, e entre X1 e X2 ou X2 e X3, a mais baixa, 127V.

A seguir, figura 8, imagem real do transformador monofásico rural em estudo.


Figura 8 - Transformador monofásico rural.

Fonte: (autoria própria).

Motores trifásicos


O sistema de distribuição rural é composto por transformadores monofásicos para alimentar diversas cargas, dentre elas, os motores elétricos. Porém, devido a facilidade de obtenção, alta robustez e baixo custo, não é raro encontrar pequenos motores trifásicos em fazendas ou áreas mais afastadas dos grandes centros urbanos. Um motor de indução trifásico tipo gaiola é o mais simples de todos em seu aspecto construtivo, sendo foco de estudo desse trabalho. Ele não tem comutador, anéis coletores e nem quaisquer contatos móveis entre o rotor e estator, tendo assim várias vantagens construtivas, como isenção de manutenção, e aplicação em situações mais severas de trabalho, com poeira ou outros materiais abrasivos (Fitzgerald, 1975).

Assim, também não será difícil ocorrer a ligação errônea desses motores trifásicos na rede monofásica rural, tendo em vista a falta de conhecimento dos usuários localizados em áreas mais remotas.

Devido a sua vasta gama de aplicações, os motores elétricos de corrente alternada podem ser classificados conforme a figura 9:





Figura 9 - Classificação dos motores CA.
Fonte: Franchi (2007, p. 20).

No caso em estudo, o motor analisado é um trifásico, assíncrono (indução) tipo gaiola, com potência de 3 cv e com 4 pólos.

Um motor de indução tipo gaiola, além da carcaça, ventilação forçada (se for necessário), terminais de conexão, dentre outros itens não menos importantes, é constituído basicamente pelo estator (fixo na carcaça) e um rotor (parte móvel), conforme ilustra a figura 10.


Figura 10 - Imagem ilustrativa de um motor de indução.

Fonte: Francisco (2006).


  1. Estator

A tensão da rede elétrica é conectada ao estator, peça formada por um conjunto de chapas de metal de alta qualidade (figura 11), com ranhuras na parte interna que armazenam os enrolamentos defasados (figura 12), possibilitando a ligação do mesmo em estrela ou triângulo através de uma placa de ligação com os devidos terminais das bobinas. Ainda segundo Teixeira Gomes (2004), o estator deverá ser de alta qualidade para apresentar boas características ferromagnéticas, pois produzirá no entreferro um campo magnético girante de acordo com a frequência da rede elétrica.




Figura 11 - Chapa do estator e detalhe.

Fonte: (autoria própria).


Figura 12 - Estator bobinado.

Fonte: (autoria própria).
  1. Rotor

Separado do estator pelo entreferro, um espaço vazio de aproximadamente 0,5 mm, o rotor do motor tipo gaiola também é constituído de finas chapas metálicas (figura 13), formando um cilindro por onde irão passar barras metálicas inclinadas em relação ao eixo e curto circuitadas por dois anéis de aço em suas extremidades (figura 14). Essas barras, que são os condutores onde a corrente alternada será induzida, estão inseridas nas ranhuras de um núcleo de material ferromagnético (geralmente aço laminado).




Figura 13 - Chapa do rotor tipo gaiola de esquilo.

Fonte: autoria própria



Figura 14 - Rotor tipo gaiola de esquilo.

Fonte: autoria própria
  1. Funcionamento

Independente do tipo de ligação (estrela ou triângulo), a alimentação trifásica irá criar um campo magnético girante no estator com velocidade de sincronismo relacionada à frequência da rede. Este campo magnético gera um fluxo magnético que atravessa o entreferro, chegando ao rotor, onde serão induzidas correntes alternadas que irão se opor ao fluxo magnético inicial. Este fenômeno físico dá origem a um conjugado mecânico, o que, por sua vez, faz com que o rotor siga o movimento do fluxo magnético do estator, girando seu eixo. (Teixeira Gomes, 2004).

Devido à semelhança de análise com um transformador, não são poucos casos na literatura em que o estator é referido como “enrolamento primário” e o rotor como “enrolamento secundário”, em que o secundário do transformador estaria em curto circuito, para formar o rotor tipo gaiola.

A velocidade do campo magnético girante no estator (Ns) é dada pela equação 20:










(20)


Onde f representa a frequência da rede e P representa o número de pólos do motor.

Para que haja indução de corrente rotor, o mesmo não pode girar com velocidade igual à velocidade síncrona do campo girante. Se isto ocorresse não haveria movimento relativo entre campo e o rotor, por conseguinte, não haveria indução de corrente, por isso a denominação de motor assíncrono. A diferença de velocidade relativa entre o campo girante (Ns) e o rotor (N) é chamada de escorregamento (S), conforme mostra a equação 21.












(21)






Segundo Irving (1982), o fator de escorregamento do motor varia conforme a sua carga, atingindo um valor máximo com rotor bloqueado e zero com velocidade síncrona, sendo que a freqüência de giro do rotor (Fr) é uma função do escorregamento (s) e da freqüência da rede (f), dada pela equação 22. Mesmo que a vazio, é necessário que o motor de indução tenha um pequeno escorregamento (fração de 1%) com o objetivo de desenvolver um torque mínimo para vencer forças de atrito, ventilação e outras perdas internas. O escorregamento do motor em estudo é de 3,6%.






(22)

Analisando a equação 22, é dedutível que os motores de indução assíncronos podem ser utilizados também como conversores de freqüência, pois a freqüência em que o rotor irá girar é diferente da freqüência de entrada de tensão graças ao fator de escorregamento.




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