Uso de Motores de Indução em Minas (com Diagrama)
Depois de ler este artigo, você aprenderá: 1. Motores de Indução em Minas 2. Princípio do Motor de Indução em Minas 3. Efeito de Indução no Rotor 4. Partida do Motor de Indução 5. Equipamentos de Partida para Motores de Indução 6 . Motores de Indução Slipring 7. Motores Síncronos usados em Minas 8. Resistência de Isolamento de um Motor de Indução.
Conteúdo:
- Motores de indução em minas
- Princípio do Motor de Indução em Minas
- Efeito de indução no rotor
- Partida do motor de indução
- Começando Equipamentos para Motores de Indução
- Motores de Indução Slipring
- Motores síncronos usados em minas
- Resistência de Isolamento de um Motor de Indução
1. Motores de Indução em Minas:
Nas minas, os motores de indução são usados principalmente em um invólucro à prova de chamas. Além do invólucro, o desempenho dos motores de indução é o mesmo dos outros motores, conforme o projeto específico. Sabemos da nossa experiência e conhecimento que, entre os motores de indução, os tipos de gaiola de esquilo são os mais simples de todos os motores elétricos.
Os motores de indução consistem em apenas duas partes. Um é o estator, um enrolamento estacionário que é conectado ao suprimento, e o outro é um rotor - um enrolamento giratório que gira dentro do estator e aciona a carga.
Os motores de gaiola de esquilo podem ser projetados para operar a partir de suprimentos monofásicos ou trifásicos. Um motor de indução trifásico começará a funcionar assim que a alimentação for ligada. Os acionadores de partida são usados somente se for necessário reduzir a corrente de partida.
Devido à sua simplicidade, os motores de gaiola de esquilo são amplamente utilizados em minas e também em outras indústrias. Eles são usados no subsolo para conduzir brocas, cortadores de carvão; carregadores, transportadores e haulages, e eles também podem ser encontrados para ser usado extensivamente em bombas, ventiladores auxiliares e pequenos compressores.
O estator consiste em um cilindro oco construído de laminação de ferro macio. O interior do cilindro é entalhado para receber os condutores de um enrolamento trifásico. Os condutores do enrolamento são isolados uns dos outros e todo o isolamento do estator é devidamente impregnado com verniz ou resina de grau elétrico especial para impedir a entrada, umidade e sujeira e quaisquer outras partículas estranhas.
O núcleo e a bobina são trabalhados em um garfo de aço ou ferro fundido. A Fig. 11.1 (a) mostra um esboço de um estator.
A Fig. 11.1 (b) mostra um esboço de um rotor de gaiola de esquilo. O rotor consiste em uma gaiola cilíndrica de barras de cobre ou barras de alumínio (fundidas no caso de motores pequenos) e curto-circuitadas por um anel de cobre ou latão em cada extremidade, dando-lhe a forma de uma gaiola. É por isso que os motores de indução também são chamados de motores de gaiola de esquilo, pois parecem uma gaiola de esquilo.
Alternativamente, toda a gaiola pode ser moldada em uma única peça a partir de liga de alumínio. A gaiola é montada em um núcleo cilíndrico, construído de laminações de ferro macio, que é encaixado em um eixo, já usinado corretamente. O rotor é suportado por rolamentos em cada extremidade do eixo.
É combinada com o estator, de modo que há um espaço de ar muito pequeno de alguns milésimos de polegada (geralmente variando de 0, 015 a 0, 028 de cada lado) entre a superfície do rotor e a superfície interna do estator.
Um espaço de ar pequeno, mas uniforme, é essencial para a operação eficiente do motor de indução como um todo. Na verdade, a importância do entreferro é tão grande que, se não for usinado corretamente, todo o motor muda suas características e desempenho.
2. Princípio do Motor de Indução nas Minas:
Em comum com todos os outros motores elétricos, um motor de gaiola cria uma potência mecânica através do princípio do motor, conforme descrito pela reação de condutores de corrente no rotor com um campo magnético. A característica definidora de um motor de indução é que as correntes nos condutores do rotor são induzidas pelo mesmo campo com o qual elas reagem.
O desempenho e o funcionamento de um motor de indução dependem da possibilidade de produzir um campo magnético que roda, enquanto os enrolamentos que o produzem permanecem estacionários.
Tal campo só pode ser produzido por um enrolamento conectado a um suprimento de corrente alternada, ao passo que, se uma corrente direta é aplicada a um enrolamento para produzir um campo eletromagnético, a posição do campo no espaço é determinada inteiramente pela posição do campo. enrolamento. O campo pode ser girado apenas girando os enrolamentos.
Podemos projetar o estator de um motor de indução para produzir um campo rotativo de dois, quatro, seis ou qualquer número par de pólos, e então o projeto do enrolamento dependerá do número de polos requeridos. Cada fase da alimentação é conectada a um enrolamento no estator.
Os enrolamentos são projetados de forma que cada um deles forneça o número necessário de pólos e os enrolamentos sejam interconectados em estrela ou delta. Na formação de estrelas, as três extremidades dos enrolamentos não conectados ao suprimento são conectadas juntas.
Os enrolamentos em cada fase são dispostos de modo que, em cada meio ciclo de sua fase, uma metade do enrolamento produza pólos norte, enquanto a outra metade produz pólos sul. A polaridade de cada enrolamento reverte a cada meio ciclo.
Os enrolamentos são igualmente espaçados ao redor do estator em ordem de fases. Os enrolamentos produzem um polo norte durante o meio ciclo positivo de sua fase. Um layout típico de enrolamentos é mostrado esquematicamente na Fig. 11.2 (a).
No entanto, a Fig. 11.2 (b) mostra como um campo de dois pólos é produzido pelo estator tendo seis enrolamentos. Por causa da relação entre os ciclos alternados nas três fases, a força da corrente atingirá um pico em enrolamentos sucessivos ao redor do estator.
Então o pólo do campo agregado estará em um momento no enrolamento 1A (norte) e IB (sul), então eles estarão no enrolamento 3B (norte) e nos sinuosos IB (norte) e 1A (sul) e assim por diante. O efeito de conectar uma fonte trifásica a um estator com seis enrolamentos é produzir um campo magnético de dois pólos que complete uma revolução para cada ciclo da alimentação.
Velocidade de rotação do campo:
Para um campo de dois pólos completar uma revolução, cada enrolamento no estator deve ter uma polaridade do norte uma vez e uma polaridade sul uma vez. Um campo de dois pólos gira uma vez por ciclo, porque cada enrolamento muda de polaridade uma vez no decorrer de um ciclo.
Para um campo de quatro pólos completar uma revolução, cada enrolamento deve ter cada polaridade duas vezes. Para um campo de seis pólos, uma revolução requer que os enrolamentos tenham cada polaridade três vezes, e assim por diante.
Agora, como vemos que os enrolamentos mudam de polaridade apenas uma vez por ciclo, segue-se que quanto mais polos houver, mais lenta será a rotação do campo e a velocidade do rotor. Por exemplo, quando conectado a 50 c / s. alimentação, um campo de dois pólos gira a 3000 rpm, um campo de quatro polos a 1500 rpm, um campo de seis polos a 1000 rpm e um oitavo polo a 750 rpm.
A velocidade dessa rotação de campo é chamada de velocidade síncrona, e isso pode ser descrito em termos da fórmula;
O campo pode ser girado no sentido horário ou anti-horário. De fato, para inverter a direção da rotação, é necessário reverter a ordem de duas fases. Assim, por exemplo, se as conexões de fase forem 1-2-3 e produzir uma rotação no sentido horário, a rotação no sentido anti-horário será produzida pelas conexões 3-2-1, 2-1-3 ou 1-3-2.
3. Efeito de Indução no Rotor:
Quando o enrolamento do estator é conectado ao estator, o campo magnético rotativo varre os condutores do rotor. Esses condutores estão, portanto, em um campo magnético variável. Cada condutor possui uma fem induzida e, como todos os condutores do rotor estão em curto e, portanto, interligados pelos anéis finais, as correntes podem circular.
O efeito é exatamente o mesmo como se os campos estivessem estacionários e os condutores do rotor estivessem virados na direção oposta àquela em que o campo do estator gira.
A direção do fluxo de corrente nos condutores do rotor pode ser encontrada aplicando a Regra da Mão Direita de Fleming para geradores. A Fig. 11.3 ilustra claramente para explicar a indução de corrente e seu efeito causando força e eventualmente a rotação do rotor.
Devido ao princípio de indução, as correntes são induzidas a fluir nos condutores do rotor, o princípio do motor entra em operação e uma força é exercida em cada condutor. Aplicando a Regra da Mão Esquerda de Flemings para motores, pode-se ver que, em qualquer condutor, a força motora opera na direção oposta àquela em que o condutor deve se mover para induzir a corrente motivadora.
Em um motor de indução, a força que atua em cada condutor tende a movê-lo na mesma direção daquela em que o campo giratório do estator passa por ele. Este fenômeno é explicado na Fig. 11.4. As forças que atuam nos condutores somados produzem um torque que gira o rotor na direção da rotação de campo e, portanto, o rotor continua girando enquanto o enrolamento do estator estiver conectado a um suprimento saudável.
O torque produzido por um motor depende da força da corrente fluindo no rotor. Correntes pesadas reagem com o campo rotativo para produzir um grande torque; e, conforme o mesmo princípio, as correntes de luz produzem apenas um pequeno torque.
A força da corrente induzida no rotor depende, por sua vez, da taxa na qual o campo rotativo está varrendo os condutores, isto é, sobre o movimento relativo entre o rotor e o campo, que é chamado de deslizamento.
De fato, uma grande quantidade de deslizamento resulta em corrente induzida pesada, mas se o rotor se aproximar da velocidade síncrona, as correntes induzidas são reduzidas e o torque cai. O rotor nunca pode atingir a velocidade síncrona, porque a essa velocidade não há movimento relativo entre o rotor e o campo, e nenhum torque seria fornecido.
A quantidade de deslizamento e, portanto, a velocidade do motor estão diretamente relacionadas ao torque necessário para acionar a carga. Em uma máquina de quatro pólos rodando a 50 c / s. sistema de abastecimento e desenvolvimento dizer 50 cavalo-força, a velocidade do campo do estator seria 1500 rpm.
Agora, ao funcionar com carga total, a velocidade do motor seria entre 1450 e 1470 rpm, dependendo da eficiência do motor. No entanto, se a carga fosse reduzida, o motor aceleraria levemente e, sem carga, o motor operaria a pouco menos de 1500 rpm, digamos de 1490 a 1495 rpm.
A velocidade do motor, portanto, depende principalmente da velocidade síncrona do campo do estator e é modificada levemente pela carga acionada. Não há meios satisfatórios e comprovados de controlar ou variar a velocidade de um motor de indução simples, de modo que, para todos os efeitos práticos, é um motor de velocidade constante.
Por esse motivo, o motor de indução tornou-se tão popular, já que a maior parte do inversor precisa de velocidade constante. A moderna civilização industrial deveria agradecer tensamente ao cientista pela invenção do motor de indução em 1885.
4. Partida do Motor de Indução:
Um motor de indução de gaiola irá iniciar sob carga se for ligado diretamente a uma tensão de alimentação mais completa. O método de partida é conhecido como comutação ou partida direta-on-line (DOL). No momento da partida, o escorregamento (e, portanto, a corrente do rotor induzida) é maior, de modo que o motor consome uma corrente pesada do suprimento até se aproximar da velocidade normal de operação.
Um motor de gaiola pode levar de cinco a seis vezes a sua corrente de carga total normal.
Todos os motores de gaiola menores usados em uma mina, como aqueles em equipamentos de face, são iniciados por comutação direta de linha. Para acomodar a corrente de partida, todos os dispositivos de proteção no circuito do motor são projetados de tal forma que não se desconectem durante o período de partida.
Durante o período em que o motor está começando e funcionando em velocidade, a corrente pesada usada reduz a energia disponível para as outras máquinas que compartilham as linhas de distribuição. Por esta razão, os rotores de muitos motores subterrâneos são projetados para limitar o surto inicial de corrente tanto quanto possível.
Um método para limitar a corrente de partida é fornecer ao rotor uma gaiola dupla ou até tripla. A corrente também pode ser limitada pelo projeto cuidadoso das barras da gaiola.
A Fig. 11.5 mostra um esboço de um Rotor de Gaiola Dupla, e a Fig. 11.6 ilustra Barras de Rotor de Seções geralmente usadas em Rotores de Gaiola Dupla. De facto, o rotor de gaiola dupla é construído com uma gaiola de alta resistência colocada na superfície do núcleo e uma gaiola de cobre de baixa resistência colocada no núcleo.
No momento do arranque, quando o rotor está estacionário, a frequência do fem induzida nas barras da gaiola, que depende da diferença entre as velocidades do rotor e do campo rotativo, é de cerca de 50 c / sie da frequência de alimentação.
Nesta freqüência, a gaiola de cobre sendo cercada por ferro tem uma reatância indutiva muito alta que evita que a corrente pesada flua nela. A corrente induzida na gaiola externa é suficiente para permitir que o motor comece com um torque alto (até duas vezes o torque de carga normal), mas a resistência da gaiola limita a corrente de partida.
À medida que o motor acumula velocidade, a diferença entre as velocidades do rotor e do campo em rotação é bastante reduzida, e a frequência da fem induzida torna-se muito mais baixa. A reatância da gaiola de cobre é, portanto, muito menor, as correntes induzidas nela são conseqüentemente mais fortes (embora a fem induzida se torne muito menor) e a gaiola assume o principal dever de produzir torque.
Há também rotor de gaiola tripla, que tem três gaiolas separadas. Ele começa em uma gaiola de alta resistência, e uma segunda gaiola intermediária assume o controle antes que a gaiola principal finalmente entre em operação. Existe no entanto outro tipo de rotor com uma única gaiola que funciona de uma maneira muito semelhante a um rotor de gaiola dupla. Tem barras com seções transversais especialmente projetadas, como mostrado na Fig. 11.6, mostrando duas formas possíveis.
Uma grande parte de cada barra é colocada profundamente no núcleo, e esta parte tem uma alta reatância na partida. A corrente flui apenas nas pequenas seções próximas à superfície, que oferecem alta resistência a correntes pesadas. O motor, portanto, inicia com um torque elevado e corrente de partida moderada.
Conforme o motor acumula velocidade, a reatância das partes profundas das barras diminui, de modo que a corrente possa fluir livremente através de toda a barra. A gaiola então atua como uma gaiola de baixa resistência.
Vamos discutir em breve as expressões do torque de partida (T s ) e da corrente de partida (I s ), conforme o diagrama equivalente mostrado na Fig. 11.7. Essas expressões são dadas, pois serão úteis para os engenheiros elétricos no entendimento do desempenho e dos problemas dos motores de indução.
Se P 1 = Entrada de Energia, V 1 = Tensão de entrada para o estator e I 1, = corrente de entrada para o estator, e cos φ 1 é o fator de potência, então
Potência de entrada por fase
Fora disto o I 1 2 R, é dissipado nos enrolamentos do estator, e a perda (-E 1 ) I 1 aquece o núcleo, devido a histerese e correntes parasitas. Aqui R 1 = Resistência do Estator e E 1 = Estator induzido emf por fase.
Portanto, P 1 pode ser expresso da seguinte maneira:
O ângulo entre os vetores (-E 1 ) e (-) I 2 é (como mostrado na figura 11.7 (b), mostrando diagrama vetorial de um motor de indução) que entre E 2 e I 2 no rotor, mostrado como φ 2 Como (-E 1 ) é o componente de tensão associado ao fluxo mútuo, e (-I 2 ) é o componente atual equivalente à corrente do rotor, então (-E 1, ) (-I 2 ) Cos φ 2 deve ser o potência entregue pela ação do transformador ao rotor, ou seja,
Isto pode ser explicado como estando fora da potência entregue ao rotor, a fração s é usada no próprio rotor e perdida no rotor como calor. Agora o restante (1-s) P 2, não aparece no diagrama vetorial entre as grandezas do rotor.
Na verdade, ele é convertido em energia mecânica e desenvolvido no eixo do rotor, que pode, portanto, ser expresso como:
P m = (ls) P 2 (e isso inclui poder de atrito e idade do vento).
. . . A coisa toda pode ser expressa como:
Ou seja, a potência do rotor será sempre dividida nessa proporção. De fato, o torque é diretamente proporcional à entrada de potência do rotor, P 2 ; e que em si é proporcional à entrada do estator, considerando que as perdas do estator são pequenas. Portanto, a entrada do motor é diretamente proporcional ao torque para uma dada tensão principal do fluxo e do estator.
5. Começando Equipamentos para Motores de Indução:
Os equipamentos de partida são necessários principalmente para reduzir a corrente de partida dos motores. E isso é feito com a ajuda de equipamentos de controle externos. Esses métodos são star-delta start e autotransformer starting.
Estes são usados às vezes com motores mais pesados, como aqueles usados para a condução de bombas pesadas, etc. Em tais motores, se a alimentação direta é usada para ligar o motor, devido à corrente de partida pesada, a fonte de alimentação seria interrompida.
Star-Delta Iniciando:
Uma máquina projetada para partida estrela-triângulo (diferentemente de uma máquina projetada para partida de linha direta ou partida de autotransformador) terá as duas extremidades de cada fase trazidas de terminais separados, dando um total de seis terminais para o campo do estator. Um interruptor é então conectado ao circuito, como mostrado na Fig. 11.8, de modo que a conexão do campo do estator pode ser alterada, alterando a posição do comutador.
O sistema opera desta maneira - o equipamento é iniciado com o estator conectado em estrela; quando a máquina atinge a velocidade máxima, a chave é trocada, de modo que os enrolamentos do estator são conectados em delta e a máquina funciona durante toda a operação normal com conexão delta.
Para qualquer dado enrolamento de campo usado a corrente quando as fases estão conectadas em estrela é menor (por
A corrente de partida, portanto, é cerca de duas vezes a corrente de carga total. O arranque em estrela delta também reduz o binário de arranque, até certo ponto, mas pode não ser possível ligar o motor em carga total.
Durante a partida, como o enrolamento é conectado temporariamente em estrela, a tensão de fase é reduzida para
Este método de partida é barato e eficaz, desde que o torque de partida não seja necessário para exceder cerca de 50% do torque de carga total. Pode ser usado para máquinas-ferramentas, bombas etc.
Início da Resistência do Estator: (SRS) :
Como sabemos a partir dos princípios dos motores de indução, que a saída e o torque de um dado deslizamento variam conforme o quadrado da tensão aplicada. Portanto, qualquer redução na tensão aplicada significa a redução simultânea do torque de partida.
E este princípio é seguido no método de início de resistência do estator conectando unidades de resistência externa de três fases em série com o terminal do estator. A Fig. 11.8 (a) mostra o circuito simples para este tipo de partida.
Quando a tensão de entrada do estator é reduzida (ajustando a unidade de resistência externa do estator) de seu valor normal, digamos, para a fração x, as correntes sem carga e de curto-circuito serão alteradas quase na mesma proporção. Mas o fluxo principal que, ao longo do intervalo de cargas normais, é aproximadamente constante, é determinado pela tensão aplicada e reduzir-se-á substancialmente em proporção à tensão reduzida.
A corrente de magnetização será similarmente reduzida, desde que o circuito magnético não seja altamente saturado. Além disso, as perdas do núcleo são proporcionais aproximadamente ao quadrado da densidade de fluxo e, consequentemente, da tensão; o componente ativo da corrente sem carga será reduzido proporcionalmente à queda de tensão.
Enquanto o curto-circuito é dado pelo quociente da tensão aplicada e da impedância de curto-circuito, haverá uma aproximação aproximada de uma função linear da tensão fornecida. Portanto, se a corrente de partida for reduzida por uma fração, x, do valor normal, o torque de partida também será reduzido em x 2 de seu valor normal.
Auto-Transformer Starter:
A corrente de partida também pode ser reduzida conectando dois auto-transformadores em 'V' nas três fases do enrolamento do estator, como mostrado na Fig. 11.9. Os autotransformadores têm o efeito de reduzir a tensão aplicada ao enrolamento do estator, de modo que a corrente inicial tomada pelo motor é reduzida.
Quando a máquina se aproxima da velocidade máxima, os transformadores automáticos são desligados, para que a tensão de alimentação total seja então aplicada ao estator. Aqui também, o torque de partida, em certa medida, é reduzido. A Fig. 11.9 mostra que o autotransformador é usado para reduzir a tensão de fase para a fração x do valor normal. Então a corrente do motor na partida é s s = xl sc, e o torque inicial T s = X 2 T sc
Isto é exatamente o mesmo que o caso de colocar resistência no circuito do estator para reduzir a tensão. Mas neste método a vantagem é que a tensão é reduzida pelo transformador, não pela resistência.
6. motores de indução Slipring:
Os motores de indução Slipring operam com o mesmo princípio de indução dos motores de gaiola de esquilo. Eles, no entanto, diferem dos motores de gaiola de esquilo na forma de rotor empregada e no método de partida. Ao contrário dos motores de gaiola, a velocidade do motor de slipring pode ser controlada.
Geralmente, os motores slipring são usados para serviços pesados, como a condução de compressores grandes e transportes principais, onde a alta potência e um controle próximo da corrente de partida são essenciais. Mesmo em motores de bobinamento principais, são usados motores de slipring.
Os estatores dos motores de slipring são os mesmos dos motores de gaiola de esquilo, mas o rotor de um motor de slipring consiste em um enrolamento trifásico formado de condutores de cobre e colocado em um núcleo de ferro macio laminado.
Os condutores e os enrolamentos são isolados um do outro e do núcleo, e todo o isolamento é impregnado com verniz especial de grau elétrico. Uma extremidade de cada enrolamento de fase é conectada a um ponto de estrela dentro do rotor, as outras extremidades dos enrolamentos são trazidas para fora a três escorregamentos montados no eixo do rotor.
Os sliprings do rotor são conectados a três terminais através de três conjuntos de escovas. Uma unidade de partida, conectada aos terminais, completa o circuito do rotor externamente.
A unidade de partida consiste de três resistências variáveis conectadas em estrela. Ele é conectado aos três terminais de slipring de modo que cada fase do enrolamento do rotor tenha resistência variável em série com ele, como mostrado na Fig. 11.10.
A resistência do circuito do rotor pode, portanto, ser variada por um controle externo. Para ligar o motor, as resistências são ajustadas em seu valor mais alto. Quando a alimentação para o enrolamento do estator é ligada, o motor começa lentamente com um torque elevado e uma corrente do estator relativamente baixa.
As resistências são progressivamente reduzidas, permitindo assim que o motor aumente, até que os três terminais sejam, com efeito, curto-circuitados e o motor funcione a toda velocidade. Um motor slipring pode ser executado abaixo de sua velocidade máxima, deixando partes das resistências externas em série com os enrolamentos do rotor.
A velocidade real do motor dependerá da carga que está dirigindo e da quantidade de resistência deixada no circuito. O controle sobre uma faixa considerável de velocidades é possível por este método, mas deve-se ter cuidado com as características de velocidade de torque do motor, caso contrário o motor pode ser danificado.
Engrenagem de curto-circuito:
Um motor que se destina a funcionar continuamente a uma velocidade, tal como um motor que acciona um compressor, está por vezes equipado com um mecanismo para curto-circuito dos elos, de modo que o circuito do rotor pode ser completado dentro da máquina. As escovas podem ser levantadas ao mesmo tempo, para que o desgaste da escova seja reduzido ao mínimo.
Se uma máquina estiver equipada com um comutador de curto-circuito, o motor de partida é conectado ao rotor somente durante o período real de partida, conforme mostrado na Fig. 11.10. Quando o motor está a funcionar, o interruptor de curto-circuito funciona normalmente através de um manípulo no lado do invólucro deslizante e o motor funciona como uma máquina conectada internamente.
Fator de potência:
Todos os motores de indução e gaiola de esquilo funcionam com um fator de potência atrasado. Os motores de indução que funcionam com carga total geralmente têm fatores de potência entre 0, 8 e 0, 9, dependendo do projeto da máquina. Se um motor aciona menos que sua carga total, o fator de potência se deteriora, abaixo da metade da carga pode cair para 0, 5 ou até mesmo para menos.
7. Motores Síncronos usados em Minas:
Como um motor de indução, um motor síncrono também consiste de um estator com um rotor funcionando dentro dele. O estator, como o de um motor de indução, é enrolado de modo que, quando conectado a uma fonte trifásica de corrente alternada, um campo rotativo é produzido. A velocidade de rotação depende da frequência da alimentação e do número de pólos no campo.
O rotor, no entanto, ao contrário de um motor de indução, tem um enrolamento de excitação que é energizado por um fornecimento de corrente contínua. A alimentação é alimentada por escovas que suportam dois sliprings, e o rotor é enrolado de modo que um campo polarizado constante, tendo o mesmo número de pólos que o campo do estator, é produzido.
Agora, quando o campo do estator é energizado por uma fonte trifásica de corrente alternada e o rotor é energizado por uma fonte de corrente contínua, cada polo do rotor é atraído para um polo oposto do campo rotativo.
Os pólos do rotor, portanto, seguem os pólos de rotação correspondentes, de modo que o rotor gira na mesma velocidade que o campo do estator, ou seja, ele gira na velocidade síncrona e, portanto, este motor é chamado de motor síncrono. A velocidade desse tipo de motor é, no entanto, invariável.
Iniciando:
Um motor síncrono, como tal, não pode começar sozinho porque não produziu torque de partida. Torque em fato é produzido somente quando os pólos do rotor estão seguindo os pólos do campo rotativo, de modo que; antes que o motor possa acionar sua carga, o rotor já deve estar funcionando a uma velocidade aproximadamente síncrona. Para iniciar um motor síncrono, algum método deve ser empregado para acelerá-lo antes de energizar o rotor.
Vários métodos foram usados para executar motores síncronos até a velocidade de partida. Um método é construir um pequeno motor de indução separado, chamado de motor de pônei no eixo principal, mas esse método agora é raramente usado. A maioria dos motores síncronos em uso nas minas possui um enrolamento incorporado no rotor principal, de modo que pode ser executado como motor de indução, usando o campo principal.
Os três tipos de motor síncrono mais comumente utilizados em coleiros são o motor de indução síncrona, o auto-síncrono e o motor síncrono de gaiola. Na verdade, estes são distinguidos pelos métodos de sua partida.
Motor de Indução Síncrona:
Um tipo de motor de indução síncrona possui um rotor com dois enrolamentos. Um enrolamento é o enrolamento de excitação que é conectado à alimentação de corrente contínua através de dois sliprings. O outro enrolamento é um enrolamento de indução trifásico conectado a resistências de partida através de três sliprings adicionais. O motor, portanto, tem cinco sliprings como mostrado na Fig. 11.11 (a).
O motor é iniciado como um motor de indução de slipring, usando resistências de partida. Quando o motor estiver a uma velocidade aproximadamente síncrona, a alimentação do excitador de corrente contínua é ligada e o enrolamento de indução está em circuito aberto.
Em outro tipo de motores de indução síncronos, o rotor possui um enrolamento trifásico com três sliprings. O motor é iniciado como uma máquina de slipring usando 7 resistências de partida. À medida que o motor se aproxima da velocidade síncrona, a alimentação do excitador de corrente contínua é ligada e o enrolamento de indução é aberto.
Com alguns motores, apenas dois sliprings são usados pelo suprimento do excitador, sendo uma fase do enrolamento do rotor inoperante. Alternativamente, em outros motores, todos os três sliprings são usados, duas fases dos enrolamentos sendo em paralelo e terceiro em série, como mostrado na Fig. 11.11 (b).
Motor síncrono automático:
Um motor auto-síncrono é semelhante a um motor de indução síncrono, exceto que ele é projetado para eliminar a necessidade de comutação à medida que o motor se aproxima da velocidade normal de operação. O enrolamento do rotor é permanentemente conectado ao excitador através do escorregamento e das escovas.
O motor parte como um motor de indução, com o circuito do rotor completado através do gerador de corrente contínua. À medida que o motor acumula velocidade, a corrente contínua flui no enrolamento do rotor, além da corrente alternada induzida. Quando o rotor alcança a velocidade síncrona, nenhuma corrente é induzida no rotor, uma vez que não há movimento relativo entre o campo e o rotor.
Motor síncrono da gaiola:
O rotor deste tipo tem apenas o enrolamento da excitatriz trazido para os sliprings, mas também existe uma forma de gaiola embutida no núcleo do rotor. O motor é iniciado como um motor de gaiola. Quando o motor se aproxima da velocidade síncrona, a alimentação de corrente contínua é ligada.
Quando o motor está funcionando, a gaiola atua como um enrolamento amortecedor e evita qualquer “caça”, isto é, pequenas variações na velocidade do motor que podem causar vibrações. O início automático do transformador é normalmente empregado, mas algumas máquinas desse tipo são iniciadas por comutadores diretos on-line.
Circuito de Excitação:
A corrente de excitação do rotor é normalmente obtida a partir de um pequeno gerador de excitatriz montado no mesmo eixo do rotor e formando uma parte integral da máquina. A única fonte externa necessária, portanto, é a fonte principal normal.
Uma unidade de controle é fornecida, o que permite que a corrente fluindo no enrolamento do rotor seja variada. Para qualquer carga, é necessária uma corrente mínima de excitação. O torque que o motor é capaz de produzir depende da força do campo do rotor. Se este campo for muito fraco, ele não desenvolverá torque suficiente para acionar a carga e, como resultado, ocorrerá a parada.
Fator de potência:
No mínimo de excitação, o motor funciona com um baixo fator de potência, entre 0, 6 e 0, 8, dependendo da carga e do projeto da máquina. Se a corrente de excitação é aumentada acima do mínimo necessário para acionar a carga, a velocidade e o torque permanecem constantes, mas o fator de potência melhora.
A um certo valor de corrente de excitação, o fator de potência unitário é alcançado. Se a corrente de excitação ainda é aumentada, um fator de potência principal se desenvolve e, a partir daí, a potência inicial torna-se menor à medida que a corrente de excitação é aumentada. Por excesso de excitação pesada, um motor síncrono pode funcionar com um fator de potência líder tão baixo quanto 0, 6 ou menos.
Usos:
Devido às suas difíceis características de partida e ao fato de que sua velocidade é invariável, os motores síncronos são usados apenas onde um acionamento contínuo a velocidade constante é necessário.
Em minas, os motores síncronos são comumente usados para movimentar o enrolador principal, o ventilador principal e para movimentar compressores de serviço pesado. Devido à sua capacidade de funcionar com um fator de potência líder, esses motores oferecem um método de correção do fator de potência para o sistema elétrico de mina de carvão.
8. Resistência de Isolamento de um Motor de Indução:
Inspeção e manutenção de correntes alternadas em intervalos regulares é mais essencial se uma mina tiver que funcionar sem problemas. A operação do serviço de rotina regular é dada abaixo. No entanto, nem todas essas operações podem ser executadas dentro ou fora da face, ou seja, dentro da mina e, por essa razão, os motores usados no subsolo na face de carvão ou no portão são trazidos à superfície periodicamente para uma revisão completa.
O cronograma de manutenção para cada motor individual, fornecendo as frequências de inspeção e as verificações que devem ser feitas em cada ocasião, devem ser preparados pelo engenheiro elétrico da mina de carvão considerando a importância e o desempenho de cada máquina. E isso deve ser rigorosamente seguido pela gerência, bem como pelos eletricistas, operadores e engenheiros.
Inspeção da Resistência de Isolamento:
No caso do motor de indução de gaiola de esquilo, o isolamento do enrolamento do estator, e no caso do motor de indução de slipring, a resistência de isolamento do rotor e também do slipring, deve ser inspecionado de tempos em tempos. Esse intervalo deve ser definido pelo engenheiro elétrico da mina de carvão, considerando o ambiente operacional e o desempenho dos motores. Geralmente o intervalo é a cada dois meses.
No entanto, como uma linha de orientação, a atenção regular deve ser dada nas seguintes áreas:
Condição do motor devido a entrada de sujeira:
(1) O pó de carvão e a deposição de umidade devem ser verificados regularmente.
(2) O encolhimento do isolamento que tenderá a tornar os enrolamentos soltos em suas fendas deve ser verificado.
Remédio:
(i) Em intervalos regulares, o motor deve ser limpo soprando ar quente e seco ou apoiando ou aquecendo com lâmpadas de alta voltagem.
(ii) O enrolamento deve ser limpo de umidade.
(iii) Após essa operação, o enrolamento deve ser seco, envernizado, depois cozido a 90 ° a 100 ° C por no mínimo 6 a 8 horas.
(3) O verniz rachado e desgastado tornará o isolamento vulnerável à penetração de sujeira e umidade.
Remédio:
O enrolamento deve ser cozido corretamente e depois envernizado.
(4) Envelhecimento ou desgaste do isolamento, condutores, lamas, rolamentos, blocos de terminais e barras, devem ser verificados.
Remédio:
Condutores de isolamento envelhecido e desgastado, sliprings, rolamento, terminal devem ser substituídos.
(5) Sinal de fricção entre o rotor e o estator e sua causa deve ser notada.
Remédio:
O rolamento deve ser substituído e / ou suportes finais com alojamento de rolamento desgastado ou danificado devem ser substituídos por novos.
(6) Acima de tudo, um registro dos resultados dos testes de resistência de isolamento deve ser mantido em intervalos regulares.
Teste importante:
(1) A resistência de isolamento entre os enrolamentos do estator e a terra é testada periodicamente usando testes de resistência de isolamento padrão, como Megger ou Metro. O valor de testes sucessivos é registrado, de modo que qualquer tendência para o isolamento se deteriorar pode ser notada.
Se as fases do enrolamento do estator não estiverem interconectadas internamente, ou seja, se houver seis derivações no estator, a resistência do isolamento entre cada par de fases também pode ser obtida e registrada. No caso de um motor de rotor bobinado, a resistência de isolamento entre as lamas e o eixo do rotor é medida e registrada.
(2) Em intervalos regulares, é aconselhável verificar a resistência dos enrolamentos quando o estator está conectado internamente, ou seja, nesse caso haverá três cabos, a resistência entre cada par de fios é verificada com uma leitura direta ohm metro.
No entanto, se o estator tiver seis derivações, a resistência de cada fase é encontrada testando as duas extremidades de cada enrolamento. Em ambos os testes, as três leituras obtidas devem ser aproximadamente iguais. Os fabricantes geralmente afirmam o valor em seu certificado de teste. A resistência medida deve ser igual a esse valor. Por este teste, inter-turn curto, ou até mesmo algum defeito desenvolver na conexão, pode ser determinado.
