Questão 3) Prova de Engenharia Elétrica (ENADE, 2005)
Os Motores de Indução estão sendo cada vez mais empregados em acionamentos com velocidade controlada, em substituição aos Motores de Corrente Contínua.
PORQUE
Dispositivos de Eletrônica de Potência, com capacidade de comando de condução e bloqueio de corrente, permitem a construção de inversores com ajustes de frequência e de tensão.
Analisando estas afirmações, conclui-se que:
as duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira.
b) as duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira.
c) a primeira afirmaęão é verdadeira e segunda é falsa.
d) a primeira afirmaęão é falsa e a segunda é verdadeira.
e) as duas afirmaęẽes sãe falsas.
Os Motores de Indução estão sendo cada vez mais empregados em acionamentos com velocidade controlada, em substituição aos Motores de Corrente Contínua.
PORQUE
Dispositivos de Eletrônica de Potência, com capacidade de comando de condução e bloqueio de corrente, permitem a construção de inversores com ajustes de frequência e de tensão.
as duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira.
b) as duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira.
c) a primeira afirmaęão é verdadeira e segunda é falsa.
d) a primeira afirmaęão é falsa e a segunda é verdadeira.
e) as duas afirmaęẽes sãe falsas.
Passo 1
O enunciado dá duas afirmações e pede que se escolha qual alternativa descreve corretamente a verdade/falsidade de cada afirmação e se a segunda justifica a primeira. As afirmações são:
- Afirmação 1: “Motores de Indução estão sendo cada vez mais empregados em acionamentos com velocidade controlada, em substituição aos Motores de Corrente Contínua.”
- Afirmação 2: “Dispositivos de Eletrônica de Potência, com capacidade de comando de condução e bloqueio de corrente, permitem a construção de inversores com ajustes de frequência e de tensão.”
A pergunta é: qual alternativa (a, b, c, d ou e) é correta?
Passo 2
Entender o que cada afirmação afirma (sem decidir ainda se é verdadeira):
- Afirm.1 diz que motores de indução vêm substituindo motores de corrente contínua (CC) em aplicações de velocidade controlada. Em outras palavras: hoje usa-se mais motor de indução para controle de velocidade no lugar do motor CC.
- Afirm.2 diz que dispositivos de eletrônica de potência que podem ligar/desligar corrente possibilitam construir inversores cuja saída tem tensão e frequência ajustáveis.
Passo 3
Explicar, de forma didática, o que é um motor de indução e por que a velocidade depende da frequência:
- Um motor de indução é um motor elétrico que recebe corrente alternada (CA) no estator; o campo magnético girante criado pelo estator induz correntes no rotor, que por sua vez geram torque.
- A velocidade síncrona do campo magnético do estator (em rotações por minuto) é dada por:
onde
é a velocidade síncrona em rpm,
é a frequência da rede em Hz e
é o número de polos do motor.
- Conclusão prática: variando
altera-se diretamente a velocidade que o campo “puxa” o rotor; portanto controlar é a via natural para controlar a velocidade do motor de indução.
Passo 4
Explicar, de forma didática, o que faz a eletrônica de potência mencionada na segunda afirmação:
- “Capacidade de comando de condução e bloqueio de corrente” significa ter dispositivos que podem ligar e desligar correntes elétricas rapidamente (ex.: tiristores, IGBTs, MOSFETs). Esses dispositivos funcionam como chaves eletrônicas controláveis.
- Usando essas chaves e técnicas como modulação por largura de pulso (PWM), é possível sintetizar na saída um sinal de tensão alternada com a frequência e amplitude desejadas a partir de uma fonte contínua ou da rede. Esse equipamento que gera uma saída CA controlada chama-se inversor (ou conversor CA-CA via etapa DC).
- Logo, a afirm.2 descreve corretamente a capacidade básica da eletrônica de potência: construir inversores com ajuste de frequência e tensão.
Passo 5
Ligar as duas afirmações logicamente: por que o que a afirm.2 descreve justifica a afirm.1?
- Se é possível com eletrônica de potência gerar tensão e frequência ajustáveis, então pode-se fornecer a um motor de indução uma CA cuja frequência
e amplitude mudam conforme a necessidade. - Como vimos no Passo 3, a velocidade síncrona do motor de indução depende da frequência
. Logo inversores que mudam permitem controlar a velocidade do motor de indução. - Além disso, para manter o fluxo magnético do motor constante ao variar
, usa-se controle em relação tensão/frequência ( constante) ou controles vetoriais mais avançados; tais estratégias são implementadas justamente com a eletrônica de potência. Portanto a eletrônica de potência fornece as ferramentas que permitem ao motor de indução ser usado em aplicações de velocidade controlada com desempenho competitivo. - Historicamente, motores CC eram preferidos por controle de velocidade simples (via tensão/armadura), mas exigiam escovas e comutador (manutenção) e tinham limitações. Com a disponibilidade de inversores eficientes e baratos, os motores de indução (mais robustos, sem escovas) passaram a ser a escolha dominante para acionamentos controlados. Assim a capacidade da eletrônica de potência é a razão técnica que torna a substituição possível e prática.
Passo 6
Checar se existe alguma contradição ou exceção que invalide a relação de justificação:
- É verdade que existem condições specializadas (por exemplo, aplicações de torque de partida muito específico, ou requisitos de controle de baixa velocidade com alto torque sem sensores) onde soluções distintas podem ser preferidas. Porém, isso não nega que, em geral, a disponibilidade de inversores ajustando
e é justamente o fator que permitiu a ampla adoção dos motores de indução em acionamentos com velocidade controlada. - Portanto não há contraexemplo geral que torne a segunda afirmação incapaz de justificar a primeira no contexto do enunciado.
Passo 7
Conclusão lógica a partir dos passos anteriores:
- Afirmação 1 é verdadeira (os motores de indução estão, de fato, sendo cada vez mais empregados em acionamentos de velocidade controlada, substituindo muitos usos dos motores CC).
- Afirmação 2 é verdadeira (eletrônica de potência com chaves que conduzem e bloqueiam permite construir inversores com ajuste de frequência e tensão).
- A afirm.2 fornece a explicação técnica (justificativa) para a afirm.1, pois permite controlar a velocidade dos motores de indução by varying
and .
Resposta
a) as duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira.