Fabio soares marcelo carvalho da rosa renato zelak agottani



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CAMPO GIRANTe do motor trifásico


Em uma máquina trifásica, os enrolamentos das fases são defasados em 120º (figura 23) e são excitados individualmente por ondas senoidais variantes no tempo, obedecendo as equações 24, 25 e 26 em condições balanceadas.




Figura 23 - Campo girante motor.

Fonte: Fitzgerald (1975).







(24)






(25)






(26)

O valor máximo da corrente (Im) multiplicado pelo cosseno do ângulo de fase de acordo com um tempo arbitrado (t) resulta o valor final da corrente instantânea em cada fase. Sendo assim, as ondas de força magneto-motriz (fmm) também variam senoidalmente com o tempo, com amplitude proporcional a corrente de fase instantânea e máximo localizado ao longo do eixo magnético de cada fase. A fmm resultante é o somatório das componentes das três fases.

Para melhor entendimento, é considerada a figura 24, em que mostra as correntes de fase que percorrem o motor de 2 pólos. Quando t = 0, a corrente da fase A está em seu valor máximo, consequentemente, a mesma fase tem o valor máximo de fmm. Nesse mesmo momento, as fases B e C tem metade da corrente máxima e também metade da fmm máxima, desenhados na figura 25a defasadas em 120º e com amplitude reduzida pela metade em relação a fase A. A fmm resultante dessa etapa é a adição das contribuições individuais das 3 fases, resultando em uma fmm equivalente a 3/2 da fmm máxima alinhada no eixo da fase A.


Figura 24 - Onda de corrente da alimentação trifásica.

Fonte: Fitzgerald (1975).



Figura 25 - Campos girantes em instantes diferentes.

Fonte: Fitzgerald (1975).
Nos instantes seguintes (wt = π/3) a corrente na fase C passa a ser o máximo positivo, e a componente fmm máxima agora estará alinhada com a fase C, como pode ser visualizado na figura 25b. Nesse caso, a fmm resultante tem a mesma amplitude do caso anterior, porém, girou 60º elétricos no espaço. O mesmo fenômeno ocorre quando wt = 2π/3, mas com a fmm resultante alinhada com o eixo magnético da fase B.

Conforme o tempo passa, a onda de fmm resultante vai se deslocando ao longo do entreferro, porém, sempre mantendo sua amplitude e forma senoidal. Esse deslocamento pode ser interpretado como um campo girante ao redor do entreferro, possibilitando o movimento do rotor.



  1. campo pulsante do motor monofásico


O motor de indução monofásico, por sua forma construtiva intrínseca, não tem torque de partida, ou seja, não tem o mesmo campo magnético girante fundamental que os motores trifásicos apresentam. Para que o motor entre em movimento, técnicas especiais são utilizadas para a sua partida.

O enrolamento monofásico, quando alimentado, gera uma torque e consequentemente um campo magnético com um determinado sentido. Quando a corrente senoidal muda de sentido, esse sentido do torque e campo magnético também muda, conforme mostra a figura 26, sendo assim, o torque liquido resultante é igual a zero e não move o rotor (KOSOW, 1982).


Figura 26 - Torque pulsante equivalente.

Fonte: Kosow (1982).
Como pode ser observado, o campo é do tipo pulsante, mudando de polaridade mas mantendo fixo seu eixo de simetria. Assim, o campo magnético variável de acordo com a corrente senoidal sempre forma um par de pólos Norte-Sul, cuja posição varia com o sentido da corrente.

Em motores monofásicos é comum a utilização de um enrolamento auxiliar, o enrolamento de partida, composto com fiação de menor diâmetro que o enrolamento comum e ocupando aproximadamente 1/3 do espaço de bobinamento do estator. Esse enrolamento tem a função de dar um torque maior para que o rotor comece a girar, e logo em seguida é desenergizado.

Outra opção muito utilizada para a partida dos motores monofásicos é a utilização de um capacitor, que faz o deslocamento de fase no tempo entre as correntes. A vantagem em relação ao método anterior é que nesse caso o torque de partida é maior, sendo mais adequado para cargas maiores, porém, devido ao uso do capacitor, é a opção mais cara.

O motor em estudo foi dimensionado para uso com alimentação trifásica, ou seja, não possui enrolamento de partida ou outros artifícios, sendo assim, ele não irá partir quando for alimentado pela rede monofásica.



  1. Hipóteses com falta de uma fase


No caso em estudo, é considerado que as duas saídas do transformador com 127 V sejam ligadas em duas bobinas do motor, alimentando as mesmas em 127 V (figura 27). O Center tap do transformador irá alimentar uma terceira bobina, que ficará com uma tensão de 254 V.




Figura 27 - Ligação elétrica do motor trifásico simulado.

Fonte: (autoria própria).
Esta ação pode caracterizar-se como o conhecido problema de falta de fase, em que se interrompe o fornecimento de uma das fases ao motor.
De acordo com a experiência prática e estudos já realizados sem muito aprofundamento no assunto, ocorrerá um desbalanceamento das correntes no estator, o que irá sobre aquecer todo o sistema, queimando o motor, conforme mostram as figuras 28 para ligação em estrela e 29 para ligação em triângulo.



Figura 28 - Motor com falta de fase ligado em estrela

Fonte: Vieira (2009, p. 36).



Figura 29 - Motor com falta de fase ligado em triângulo

Fonte: Vieira (2009, p. 38).
Uma outra causa para esse problema é quando as fases que alimentam o motor tem impedâncias desiguais, o que fazem as tensões no estator ficarem desequilibradas e, por conseqüência, desequilibrando as correntes de linha, fazendo com que o motor queime, caso não haja nenhum protetor térmico. Ainda segundo Irving (1987), um desequilíbrio de 1-2% nas tensões de linha do estator pode provocar um desequilíbrio de 20% nas correntes de linha, produzindo aquecimento localizado no motor e ruptura do enrolamento. Isso ocorre pois uma componente de seqüência negativa de tensão é introduzida produzindo no entreferro um campo girante em sentido inverso ao do rotor, tendendo a gerar correntes elevadas, o que geraria, por conseqüência, um aumento significativo de temperatura. De acordo com NBR 7094, os efeitos de um sistema de tensões desequilibrado acarreta nas seguintes características de funcionamento do motor:

  1. “Correntes: as correntes à velocidade de funcionamento normal são fortemente desequilibradas, na ordem de aproximadamente seis a dez vezes o desequilíbrio na tensão. As correntes de um rotor bloqueado são desequilibradas na mesma proporção que o desequilíbrio na tensão, porém, a potência aparente com o rotor bloqueado terá apenas um pequeno aumento;

  2. Conjugados: os conjugados com rotor bloqueado, mínimo de partida de máximo diminuem quando as tensões são desequilibradas. Se o desequilíbrio na tensão for muito severo, os conjugados podem não ser adequados para a aplicação;

  3. Velocidade a plena carga: a velocidade a plena carga diminui levemente quando o motor funciona com um sistema de tensões desequilibrado;

  4. Nível de ruído e vibração: o nível de ruído e vibração podem aumentar com um aumento no desequilíbrio da tensão (e da corrente). A vibração pode ser destrutiva para o motor ou para o sistema de acionamento completo.” (NBR 7094 (MAQUINAS... 2003) Pg. 47).

Ainda de acordo com a NBR 7094, existe uma fórmula, dada na equação 27, que mostra a percentagem de desequilíbrio na tensão.






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A partir da equação, o usuário pode ter uma aproximação relativa da componente de seqüência negativa, se esse valor for maior que 5% será necessário um estudo mais aprofundado das componentes de seqüência negativa das correntes.




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