Características mecânicas e elétricas dos motores de indução

Este artigo destacará o tópico de características mecânicas e elétricas de motores elétricos. Usando um motor assíncrono como exemplo, considere parâmetros como potência, trabalho, eficiência, cosseno phi, torque, velocidade angular, velocidade linear e frequência. Todas essas características são importantes ao projetar equipamentos nos quais os motores elétricos servem como motores de acionamento. Atualmente, os motores elétricos especialmente assíncronos são amplamente difundidos no setor, por isso vamos nos concentrar nas características deles. Por exemplo, considere o AIR80V2U3.

Potência mecânica nominal de um motor de indução

A placa de identificação (na placa de identificação) do motor sempre indica a potência mecânica nominal no eixo do motor. Esta não é a energia elétrica que esse motor elétrico consome da rede.

Assim, por exemplo, para um motor AIR80V2U3, uma classificação de 2200 watts corresponde precisamente à potência mecânica no eixo. Ou seja, no modo operacional ideal, esse mecanismo é capaz de executar trabalhos mecânicos de 2200 joules por segundo. Denotamos esse poder como P1 = 2200 W.

Potência elétrica ativa nominal de um motor de indução

Para determinar a potência elétrica ativa nominal de um motor de indução, com base nos dados da placa de identificação, é necessário levar em consideração a eficiência. Portanto, para este motor elétrico, a eficiência é de 83%.

O que isso significa? Isso significa que apenas parte da energia ativa fornecida da rede para os enrolamentos do estator do motor e consumida irrevogavelmente pelo motor é convertida em energia mecânica no eixo. A potência ativa é P = P1 / Eficiência. Para o nosso exemplo, de acordo com a placa de identificação apresentada, vemos que P1 = 2200, eficiência = 83%. Então P = 2200 / 0,83 = 2650 watts.

Potência elétrica aparente nominal de um motor de indução

A energia elétrica total fornecida ao estator do motor elétrico pela rede elétrica é sempre maior que a potência mecânica no eixo e maior que a potência ativa irrevogavelmente consumida pelo motor elétrico.

Para encontrar a potência total, basta dividir a potência ativa em cosseno-phi. Assim, a potência total é S = P / Cosφ. Para o nosso exemplo, P = 2650 W, Cosφ = 0,87. Portanto, a potência total S = 2650 / 0,87 = 3046 VA.

Potência elétrica reativa nominal de um motor de indução

Parte da energia total fornecida aos enrolamentos do estator do motor de indução é devolvida à rede. É potência reativa Q.

Q = √(S² - P²)

O poder reativo está relacionado ao poder aparente através do pecadoφ e está relacionado ao poder ativo e aparente através da raiz quadrada. Para o nosso exemplo:

Q = √(3046² - 2650²) = 1502 VAR

A potência reativa Q é medida em VAR - em volt-amperes reativos.

Agora, vejamos as características mecânicas do nosso motor de indução: torque nominal de operação no eixo, velocidade angular, velocidade linear, velocidade do rotor e sua relação com a frequência do motor elétrico.

Velocidade do rotor de um motor de indução

Na placa de identificação, vemos que quando alimentado por corrente alternada 50 Hz, o rotor do motor executa a uma carga nominal de 2870 rpm, denotamos essa frequência como n1.

O que isso significa? Como o campo magnético nos enrolamentos do estator é criado por uma corrente alternada com uma frequência de 50 Hz, para um motor com um par de pólos (que é AIR80V2U3), a frequência da "rotação" do campo magnético, a frequência síncrona n, é igual a 3000 rpm, que é idêntico a 50 rpm. Porém, como o motor é assíncrono, o rotor gira para trás em uma quantidade de escorregamento s.

O valor de s pode ser determinado dividindo a diferença entre as frequências síncrona e assíncrona pela frequência síncrona e expressando esse valor como uma porcentagem:

s = ((n – n1)/n)*100%

Para o nosso exemplo, s = ((3000 – 2870)/3000)*100% = 4,3%.

Velocidade angular do motor assíncrono

A velocidade angular ω é expressa em radianos por segundo. Para determinar a velocidade angular, basta converter a velocidade do rotor n1 em rotações por segundo (f) e multiplicar por 2 Pi, uma vez que uma rotação completa é 2 Pi ou 2 * 3,14159 radianos. Para o mecanismo AIR80V2U3, a frequência assíncrona n1 é 2870 rpm, o que corresponde a 2870/60 = 47,833 rpm.

Multiplicando por 2 Pi, temos: 47,833 * 2 * 3,14159 = 300,543 rad / s. Você pode traduzir em graus, pois, em vez de 2 Pi, substitui 360 graus; em nosso exemplo, temos 360 * 47,833 = 17220 graus por segundo. No entanto, esses cálculos geralmente são realizados precisamente em radianos por segundo. Portanto, a velocidade angular ω = 2 * Pi * f, onde f = n1 / 60.

Velocidade linear de um motor de indução

A velocidade linear v refere-se ao equipamento no qual um motor de indução é montado como um inversor. Portanto, se uma polia ou, por exemplo, um disco de esmeril de raio conhecido R for instalado no eixo do motor, a velocidade linear do ponto na borda da polia ou do disco poderá ser encontrada pela fórmula:

v = ωR

Torque avaliado do motor de indução

Cada motor de indução é caracterizado por um torque nominal Mn. O torque M está relacionado à potência mecânica P1 através da velocidade angular da seguinte forma:

P = ωM

O torque ou momento de força que atua a uma certa distância do centro de rotação é mantido para o motor e, com o aumento do raio, a força diminui e, quanto menor o raio, maior a força, porque:

M = FR

Portanto, quanto maior o raio da polia, menos força atua sobre sua borda e a maior força atua diretamente sobre o eixo do motor elétrico.

Para o mecanismo AIR80V2U3 como exemplo, a potência P1 é 2200 W e a frequência n1 é 2870 rpm ou f = 47.833 rpm. Portanto, a velocidade angular é de 2 * Pi * f, ou seja, 300,543 rad / s, e o torque nominal Mn é P1 / (2 * Pi * f). Mn = 2200 / (2 * 3,14159 * 47,833) = 7,32 N * m.

Assim, com base nos dados indicados na placa de identificação do motor de indução, você encontra todos os principais parâmetros elétricos e mecânicos.

Esperamos que este artigo tenha ajudado a entender como a velocidade angular, a frequência, o torque, a potência ativa, útil e aparente, bem como a eficiência do motor elétrico, estão relacionadas.