Pesquisa sobre a natureza do torque de escorregamento em motores de indução

29 giugno 2024 Luciano Bertene

Características do torque de deslizamento de um motor de indução

Devido à sua robustez e eficiência, os motores de indução são utilizados em inúmeras aplicações industriais. Entre os aspectos cruciais que afetam o seu desempenho, as características do torque de escorregamento desempenham um papel central. O torque de escorregamento refere-se à diferença de torque entre o campo magnético rotativo e o torque real do rotor. Compreender a natureza complexa do torque de escorregamento é fundamental para otimizar a operação do motor, melhorar a eficiência energética e garantir um desempenho confiável. Este estudo investiga o fascinante mundo das características do torque de escorregamento em motores de indução e tem como objetivo descobrir seus princípios subjacentes e explorar as implicações para o projeto e controle do motor. Ao esclarecer essas propriedades, engenheiros e pesquisadores podem explorar novas maneiras de melhorar o desempenho do motor e avançar no campo das máquinas elétricas.

Torque de deslizamento: áreas estáveis vs. áreas instáveis

Faixa estável e instável de torque de deslizamento

O torque T de um motor de indução trifásico é dado por

T = (KΦs E₂R₂) / (R₂+(sX₂)²)

Onde,

Φ = fluxo

S = escorregamento

E₂ = EFM induzido pelo rotor por fase parada

R₂ = resistência do rotor por fase

X₂ = Reatância do rotor por fase parada

K = uma constante

As curvas de torque de escorregamento para diferentes faixas de escorregamento com diferentes R₂ retirou. Essas curvas são desenhadas para valores de escorregamento que variam de 0 a 1.

Usando a relação acima, são considerados os seguintes casos:

caso 1

Da relação acima segue-se que em s = 0 o torque T também é zero. Portanto a curva começa em (0, 0).

Caso 2

Se a velocidade do rotor estiver próxima da velocidade síncrona, o valor de escorregamento s é muito pequeno. Portanto o termo (sX₂) é pequeno. Ao comparar este valor com R₂os valores._X2) é insignificante. Substituindo esses valores na equação de torque, obtemos

T = (KΦsE₂R₂) /R²₂

T ∝ s / R₂^' Como Φ, E2 Constantes.

Ou, T∝sse R₂ é constante. Isto mostra que a curva de deslizamento de torque é mais ou menos uma linha reta em valores de deslizamento baixos.

Caso 3

À medida que a carga do motor aumenta, a velocidade do rotor diminui. Então o valor do escorregamento aumenta. A relação acima mostra que T também aumenta à medida que o deslizamento s aumenta o torque. O torque atinge um valor máximo em s = (R₂/X₂). Este torque é chamado de torque de tombamento ou de ruptura.

À medida que o motor é submetido a mais carga, o escorregamento continua a aumentar. Em valores de escorregamento mais altos, R₂ é insignificante em comparação com (sX₂). Então a equação do torque se torna

T∝ {(KΦsE₂)/(sX₂)^2'}

T∝ {s/(sX₂)^2'}já que Φ e E₂ são constantes.

T∝ 1/s ou seja, X₂ é constante

Portanto, o Torque Em valores de escorregamento mais elevados, a curva de escorregamento é uma hipérbole retangular.

Para diferentes valores de R, as curvas da família torque-deslizamento são mostradas na Figura 1. Fica claro a partir dessas curvas que o aumento da carga no motor reduz o torque desenvolvido além do ponto de torque máximo. Qualquer aumento adicional na carga do motor fará com que o motor desacelere e eventualmente pare. A rotação do motor vai para zero quando o escorregamento atinge 1. (Se a carga na máquina for muito alta, a velocidade do rotor vai para zero e ela para, então o escorregamento é s = (N_S – 0) /N_S e igual a 1).

A faixa de operação estável do motor está nos valores de escorregamento s=0, que correspondem ao torque máximo. A área ativa é mostrada hachurada na Figura 2.

Diagrama de circuito equivalente de um motor de indução trifásico

Um diagrama de circuito equivalente de um motor de indução trifásico é fundamental para a compreensão de seu comportamento elétrico e características de desempenho. Ele simplifica os parâmetros elétricos do motor e permite que os engenheiros analisem e prevejam suas características operacionais sob diversas condições de carga. O circuito equivalente consiste em vários componentes principais, incluindo resistência do enrolamento do estator, reatância de fuga do estator, resistência do enrolamento do rotor, reatância de fuga do rotor e reatância de magnetização do rotor. Esses elementos detectam as interações elétricas entre os enrolamentos do estator e do rotor e os efeitos magnéticos que impulsionam a rotação do motor. Usando o circuito equivalente, os engenheiros podem examinar o comportamento de partida, funcionamento e frenagem do motor e avaliar parâmetros como torque, fator de potência e eficiência. Esse entendimento facilita o projeto de motores, estratégias de controle e técnicas de otimização, melhorando o desempenho, a eficiência energética e a confiabilidade em diversas aplicações industriais.

Compreendendo o torque de deslizamento

Compreender as características do torque de escorregamento é fundamental para engenheiros e técnicos que projetam, operam e mantêm sistemas de acionamento de motores de indução. Ao identificar os limites de áreas estáveis e instáveis, podem otimizar o desempenho do motor, evitar problemas como sobreaquecimento ou falhas e garantir a longevidade do motor. Esse conhecimento também ajuda a selecionar tamanhos e tipos de motores apropriados para aplicações específicas, contribuindo para processos industriais eficientes e confiáveis.

Estratégias de controle

Para manter o motor de indução em sua faixa estável, são utilizadas estratégias de controle. Essas estratégias podem incluir o ajuste da frequência da tensão ou o uso de inversores de frequência variável (VFDs) para regular a velocidade do motor. A implementação destas medidas mantém o funcionamento do motor estável, melhora a eficiência energética e minimiza o desgaste.

Aplicações e implicações práticas

Para uma utilização ideal, é crucial compreender as características do torque de escorregamento dos motores de indução. Engenheiros e projetistas avaliam cuidadosamente as áreas estáveis e instáveis para garantir que os motores operem dentro de limites seguros e eficientes. Para aplicações que exigem desempenho constante, como Por exemplo, máquinas industriais e bombas, é essencial permanecer dentro da faixa estável. Por outro lado, aplicações com carregamento intermitente podem utilizar a área instável de forma mais estratégica.

Inovações e perspectivas futuras

À medida que a indústria evolui e a eficiência energética se torna mais importante, o estudo das características do binário de deslizamento continua a ser um terreno fértil para a inovação. Os esforços para expandir a autonomia estável e melhorar o desempenho do motor sob diferentes cargas continuam a impulsionar a pesquisa e o desenvolvimento em tecnologia de motores.

Conclusão

Ao investigar as características do torque de escorregamento de um motor de indução, obtém-se uma compreensão mais profunda das complexidades que determinam seu desempenho. O delicado equilíbrio entre áreas estáveis e instáveis destaca a necessidade de uma engenharia precisa e de um controle operacional cuidadoso. Ao dominar estas propriedades, garantimos que os motores de indução dão uma contribuição ideal às indústrias em todo o mundo e impulsionam o progresso, a eficiência e a inovação.

Perguntas frequentes

1. O que é torque de escorregamento em um motor de indução?

Torque de deslizamento é o torque criado em um motor de indução devido à diferença de velocidade relativa entre o campo magnético rotativo e a velocidade real do rotor. É um fator crucial na conversão de energia elétrica em trabalho mecânico.

2. Qual a influência do torque de deslizamento no desempenho do motor?

O torque de deslizamento determina a capacidade do motor de fornecer o torque necessário para superar as cargas mecânicas. Afeta a eficiência, a estabilidade e o desempenho geral, especialmente quando o motor é operado em diferentes condições.

3. Qual é a região estável das características do torque de escorregamento?

O motor funciona de forma eficiente e suave na faixa estável, proporcionando uma saída de torque constante a uma velocidade relativamente constante. Esta é a área onde o motor funciona de forma ideal.

4. O que acontece na área instável da característica do torque de escorregamento?

Na faixa instável, o comportamento do motor torna-se imprevisível. Isso pode causar flutuações rápidas de velocidade, eficiência reduzida e até mesmo travamento sob cargas pesadas. Operar nesta área envolve o risco de superaquecimento e estresse mecânico.

5. Como os engenheiros garantem a operação segura do motor?

Os engenheiros analisam as características do torque de escorregamento para garantir que os motores operem em faixas seguras e estáveis. Isto inclui selecionar o motor apropriado para a aplicação, levar em conta as flutuações de carga e implementar medidas de proteção para evitar superaquecimento e travamento.