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Os motores de indução CA são os cavalos de batalha da indústria moderna, pois são simples, robustos e confiáveis. Um motor de indução tem apenas duas partes principais. A primeira é a parte estacionária chamada estator, que consiste em bobinas estacionárias em torno de uma cavidade. Suspenso na cavidade está o rotor, que é um par de anéis finais que cobrem um arranjo cilíndrico de barras. Isso geralmente é chamado de gaiola de esquilo. Os parâmetros elétricos desses dois componentes fornecem informações sobre a eficiência do motor e a relação entre torque e velocidade. Isso é essencial para determinar o melhor tamanho e tipo de motor para uma aplicação. Este vídeo apresentará os fundamentos da operação do motor de indução e demonstrará como determinar um modelo de circuito equivalente para um motor de indução trifásico.
Um motor de indução CA trifásico usa energia trifásica com cada fase conectada ao seu próprio conjunto separado de bobinas do estator. As bobinas são dispostas em um padrão que gera um campo magnético para cada fase da energia fornecida. O campo magnético líquido resultante, chamado de campo magnético do estator, gira com velocidade angular constante. O fluxo magnético rotativo induz corrente no rotor, semelhante à maneira como um transformador transfere energia da bobina primária para a secundária. A corrente através das barras da gaiola do esquilo, por sua vez, cria seu próprio campo magnético, chamado de campo magnético do rotor induzido. A interação entre esses dois campos produz uma força no rotor, que faz com que siga o campo magnético do estator. Como uma barra de ferro seguindo os ímãs ao seu redor. Se o rotor seguir exatamente o campo magnético, como esta barra, o motor é síncrono. No entanto, em um motor de indução, o rotor fica atrás do campo magnético do estator. Esse atraso, chamado de deslizamento, faz com que os motores de indução sejam assíncronos. Assim, o motor de indução sempre girará mais lentamente do que a velocidade síncrona. O torque aumenta com a diminuição do deslizamento ou à medida que a velocidade do motor diminui de síncrono até um certo ponto chamado torque de ruptura. Com a adição de uma carga, a velocidade de rotação diminui à medida que o deslizamento aumenta, resultando em diminuição do torque. Os experimentos a seguir mostrarão como medir vários parâmetros elétricos do motor de indução para descrever o motor usando um modelo de circuito equivalente.
Cada um dos testes a seguir requer conhecimento das classificações do rotor, que estão impressas na placa de identificação do motor. Para a tensão nominal de 208 volts a 60 hertz, registre a potência nominal em cavalos de potência e watts. Registre também a corrente nominal em amperes e a velocidade nominal em rotações por minuto e radianos por segundo. O torque nominal pode ser calculado e é igual à potência nominal dividida pela velocidade nominal. Aqui, o eixo do motor de indução aciona um gerador DC. A carga elétrica no gerador DC está diretamente relacionada à energia mecânica nele. E, por sua vez, atua como a carga mecânica no motor de indução. Primeiro, defina o limite de corrente da fonte de alimentação CC para 1.8 amperes e, em seguida, desligue-o. Este teste DC mede a resistência apenas do enrolamento do estator, uma vez que apenas os terminais do estator são acessíveis para um motor de indução de gaiola de esquilo. Conecte a saída da fonte de alimentação nos terminais A e B do estator. Ligue a fonte de alimentação e registre sua tensão e corrente de saída. Repita este procedimento para as outras combinações bifásicas B e C e C e A. Para cada uma das combinações de fases, calcule a resistência dividindo a tensão de saída pela corrente de saída. O resultado é para duas fases em série, então a resistência por fase, R1, é metade desse valor. A resistência do enrolamento do estator depende da potência nominal do motor e é de seis ohms para este motor.
Teste o motor de indução sem carga para obter as medições necessárias para cálculos adicionais. Primeiro, desconecte todos os terminais do gerador DC, ou dinamômetro, para que ele não gere energia e não forneça carga mecânica ao motor de indução. Com a fonte de alimentação trifásica desligada, monte o aparelho. Defina o variac para 0% de saída e conecte-o à tomada trifásica. Ligue a energia trifásica e aumente rapidamente a saída variac até que cada um dos medidores de energia digital leia cerca de 208 volts. Registre as medições de potência, tensão e corrente de ambos os medidores. A soma da potência medida pelos dois medidores de potência digitais é a potência consumida pelas três fases atuando juntas. 1/3 disso é a potência em uma fase. Registre o torque do motor e designe-o t-zero, o torque sem carga. Se o aparelho de medição de torque não estiver bem calibrado, t-zero pode não ser necessariamente igual a zero. Em seguida, use uma luz estroboscópica para medir a velocidade de rotação do motor sem carga, que está próxima de sua velocidade síncrona de 1.800 RPM. Ajuste o curso e encontre os botões de frequência até que o eixo pareça estacionário. A velocidade do motor é normalmente entre a velocidade nominal na placa de identificação e a velocidade síncrona. Converta a frequência da luz estroboscópica de RPMs para a velocidade de rotação angular sem carga, ômega zero. Defina o variac de volta para 0% de saída e, em seguida, desligue a alimentação trifásica. Deixe o resto do aparelho intacto.
O teste de rotor travado mede os parâmetros elétricos quando o motor está fixo e incapaz de girar. Nesse estado, ocorre a maior diferença de movimento entre o rotor e o campo do estator. Para este ensaio, utilizar a configuração do ensaio em vazio e desligar todos os terminais do gerador de corrente contínua ou do dinamómetro. Com a alimentação trifásica desligada e a variação a 0% de saída, trave o rotor no lado do motor CC com o grampo mecânico. Com exceção do rotor bloqueado, o aparelho é o mesmo que para o ensaio sem carga. Ligue a alimentação trifásica e o motor de indução. Aumente lentamente a saída variac para a corrente nominal nos medidores de potência digitais. Registre a potência, tensão e corrente de ambos os medidores. Para finalizar, defina o variac de volta para 0% e desligue a alimentação trifásica.
Efetivamente, o enrolamento do estator desempenha a mesma função que a bobina primária de um transformador, e o rotor é equivalente ao enrolamento secundário. O motor pode, portanto, ser modelado usando um circuito equivalente semelhante ao de um transformador. No entanto, o circuito é simplificado para remover a parte ideal do transformador e refere-se aos componentes do rotor como um reflexo do estator. O circuito equivalente por fase inclui a resistência do enrolamento do estator, R1, calculada a partir do teste DC. O estator também exibe oposição a mudanças na corrente e tensão chamadas de reatância X1. Os parâmetros do rotor são refletidos do estator, incluindo a resistência refletida, R2 prime, e a reatância refletida do rotor, X2 prime. A reatância de magnetização mútua, parâmetro XM é um equivalente para o fluxo magnético no entreferro entre o rotor e o estator. Finalmente, ocorre uma perda de potência entre o estator e o rotor e é modelada como a resistência equivalente à perda do núcleo, RC. Todos esses valores podem ser calculados a partir dos testes demonstrados e são detalhados no protocolo de testes.
Os motores de indução CA são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações, devido à sua simplicidade, robustez e confiabilidade. Um motor de indução é frequentemente selecionado com base em sua velocidade de torque linear sob uma carga mecânica variável. O teste de carga traça a característica de velocidade de torque linear à medida que a carga mecânica muda. Para este teste, um gerador CC, ou dinamômetro, é conectado ao motor de indução para fornecer uma carga controlada no rotor. O aparelho é montado com uma resistência de carga, R-L, de 300, 200 ou 100 ohms. As medições de potência, tensão e corrente são registradas a partir dos medidores conectados. Em seguida, a leitura de torque e a velocidade de rotação são medidas com e sem a resistência da carga. Um gráfico das características de velocidade de torque do motor de indução será como essas curvas para as quatro classes de motores NEMA. Um microscópio eletrônico requer uma câmara evacuada para conter a amostra e usa uma bomba de vácuo que pode ter um pequeno motor de indução. O vácuo na câmara permite a transmissão de elétrons para a amostra e da amostra para o aparelho de imagem. Finalmente, tornos e outros equipamentos de oficina mecânica podem usar motores de indução trifásicos mais potentes. Devido à sua simplicidade e falta de comutação mecânica, os motores de indução podem suportar uso pesado com probabilidade reduzida de falha. Essa robustez é uma clara vantagem na fabricação de peças metálicas.
Você acabou de assistir à introdução de Jove aos motores de indução CA. Agora você deve entender o princípio básico de operação e como realizar os testes para determinar seus parâmetros de circuito equivalentes.
