Acionamento de Máquinas Elétricas Motores Elétricos

Acionamentos e Máquinas ElétricasACIONAMENTOS E MÁQUINAS ELÉTRICAS 3º BIMESTRE 0 220V ). 1.Esquema de ligação a) Motor monofásico com dois terminais É destinado apenas a um valor de tensão e não inverte o seu sentido de rotação. para isso é conectado à rede elétrica através de um sistema de acionamento. que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade. Este funciona normalmente com uma velocidade constante. Não possuem um campo girnate como os motores trifásicos.Motor de corrente de indução de corrente alternada O motor de indução é o tipo mais usado na indústria.1. que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia. permitindo a formação do campo girante necessário para a partida. L L 1 .Motor de indução monofásico Os motores monofásicos são assim chamados porque seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica ( 127V. De acordo com o tipo de fonte de alimentação os motores elétricos podem ser divididos em: corrente contínua e corrente alternada.2. 1. Assim teremos um enrolamento primário ligado diretamente à rede de alimentação e a outra parte que é o enrolamento secundário é ligado em série com um capacitor e esse circuito é ligado em paralelo com o circuito principal. é o motor adequado para quase todos os tipos de máquinas. Isso impede que tenham torque de partida. Para solucionar o problema de partida. mas sim um campo magnético pulsante.3. robustez e baixo custo. Desta maneira a corrente elétrica que circula pelo enrolamento auxiliar está adiantada em aproximadamente 90o da corrente do enrolamento principal. utiliza-se enrolamentos auxiliares. tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados ao campo do estator. 1.Motores elétricos Um motor é uma máquina que transforma energia elétrica em mecânica rotativa. devido a maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica é de corrente alternada.Acionamentos e Máquinas Elétricas 1. 2 . L 1 5 3 2 L 1 4 6 220V L 3 2 5 6 L 4 110V 2 – Tipos de motores monofásicos 2. L L L L 12 3 4 1 3 2 4 220V 110V c) Motor monofásico com 6 terminais Neste tipo de motor podemos efetuar a ligação em dois tipos de tensão de alimentação diferentes. O efeito desse capacitor é criar condições de fluxo muito semelhantes aos motores trifásicos. basta inverter a ligação dos terminais 5 e 6.1. o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente ligados. Além de poder inverter o sentido de giro. Não é possível inverter o sentido de rotação.Motor de capacitor permanente Neste tipo de motor. Como mostra figura abaixo. que são chamados de tensão menor.Acionamentos e Máquinas Elétricas b) Motor monofásico com 4 terminais Neste tipo de motor o enrolamento é dividido em duas partes iguais. sendo o capacitor do tipo eletrostático. Como mostra figura abaixo. Torna-se possível a instalação do motor a dois valores de tensão. aos quais se liga a carga. o maior valor instantâneo atingido pela tensão durante um ciclo. O capacitor permite maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos auxiliar e principal. No sistema monofásico uma tensão alternada U (Volt) é gerada e aplicada entre dois fios. mudando de sentido alternadamente.Acionamentos e Máquinas Elétricas 2. este valor é atingido duas vezes por ciclo. 3. em vez de permanecer fixa. com um capacitor eletrolítico ligado em série com o enrolamento auxiliar.2. Como mostra figura abaixo. uma vez positivo e uma vez negativo. Quando o motor atinge entre 75% e 80% da velocidade síncrona através de um interruptor centrífugo o enrolamento auxiliar e capacitor são desligados permanecendo somente o principal. como entre os polos de uma bateria. 3 – Sistemas de corrente alternada monofásico A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tensão. Como mostra figura abaixo. que absorve uma corrente I ( Ampère). 3 . varia com o tempo. Como mostra figura abaixo. proporcionando elevados torques de partida. ou seja.Motor de capacitor de partida Esse motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para a partida ).Tensão máxima ( Umáx) e corrente máxima ( Imáx) É o valor de pico da tensão.1. A corrente máxima (Imáx) é o valor de pico da corrente. O sistema é equilibrado se as três tensões tem o mesmo valor eficaz U1=U2=U3. tem-se corrente e tensão eficaz dividindo a tensão máxima por 2 e a corrente máxima por 2 . Trata-se de um motor de velocidade variável. especialmente de cozinha e ferramentas portáteis utiliza o motor universal. A denominação de motor universal deriva do fato de poder operara tanto em CA como em CC. de U3 em relação a U2 e de U1 em relação U3 sejam iguais a 120° ( considerando um ciclo completo de 360º). por isso é utilizado em furadeiras e lixadeiras que requerem altas velocidades. teremos um sistema trifásico defasado entre as fases em 120º e aplicados entre os três fios do sistema. U= Umáx 2 I= I= Im áx 2 14. com conjugado de partida elevado e alta rotação.Motor Universal Vários aparelhos eletrodomésticos.U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja 120° ou seja. os valores são eficazes.9 ≅ 220V 2 4.Sistemas de corrente alternada trifásica O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões U1.2. os “atrasos” de U2 em relação a U1. Ligando entre si os três sistemas monofásicos. normalmente utilizada na prática. 5.Valor eficaz de tensão e corrente ( U e I ) Quando não é especificado.14 A = 9. 4 .99 ≅ 10 A 2 EX: U = 311V = 219.Acionamentos e Máquinas Elétricas 3. é a estrutura suporte do conjunto de construção robusta em ferro fundido. donde o seu nome de motor de indução. c) outras partes 4)Tampa 5)Ventilador 6)Tampa defletora 9) Caixa de ligação 10)Terminais 11) Rolamentos 5 . 2) Núcleo de chapas . A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2 KW. são induzidas eletromagneticamente pelo estator. formando um sistema trifásico equilibrado ligado a rede trifásica de alimentação. 8)Enrolamento trifásico .três conjuntos iguais de bobinas.são de alumínio injetado sob pressão numa única peça. aço ou alumínio injetado. a) estator 1) Carcaça . Possui partida mais fácil. O que caracteriza o motor de indução e que só o estator e ligado a rede de alimentação.as chapas possuem as mesmas características das chapas do estator. resistente a corrosão e normalmente com aletas. b) rotor 7) Eixo .transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. Para potências inferiores justifica-se o monofásico. O motor de indução trifásico ( figura 1.as chapas são de aço magnético. o ruído é menor e é mais barato para potências superiores a 2 KW.9 ) e composto fundamentalmente de duas partes: estator e rotor.Motor de indução trifásico O motor de indução polifásico é o tipo mais utilizado. 12) Barras e anéis de curto-circuito. O rotor não e alimentado externamente e as correntes que circulam nele. tanto na indústria como no ambiente doméstico.Acionamentos e Máquinas Elétricas 6. uma para cada fase. 3) Núcleo de chapas . 8-Características dos motores trifásicos 8. como são proporcionais às respectivas correntes. A rotação síncrona acontece quando o rotor gira na mesma velocidade que o campo magnético do estator. as correntes I1. H2 e H3. I2 e I3 criarão.η 8.V .Acionamentos e Máquinas Elétricas 7-Princípio de funcionamento Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica. do mesmo modo. também de 120 graus entre si e podem ser representadas por um gráfico igual ao da figura.1 Corrente nominal do motor motor monofásico cv. Além disso. O bobinado é constituído por um par de polos ( polo norte e um polo sul). a rotação síncrona por minuto será: Ns = 120.2 Rotação síncrona A rotação do campo magnético é uma função direta da frequência da rede elétrica e do número de polos do motor. Portanto.η motor trifásico cv. serão defasados no tempo. O fluxo magnético atravessa o rotor entre os dois polos e se fecha através do núcleo do estator. f = rpm P Ns = Rotação por minuto f = Frequência da rede P = número de polos 6 . é criado um campo magnético conforme o eixo da bobina e do valor proporcional à corrente. cos ϕ . Na figura é indicado um “bobinado trifásico” que é composto por três monofásicos espaçados entre si em 120° Se este enrolamento for alimentado por um sistema trifásico.736 In = 3. a cada instante. H2 e H3 naquele instante.736 In = V . os seus próprios campos magnéticos H1. O campo total H resultante. será igual à soma gráfica dos três campos H1. cos ϕ . o enrolamento do rotor “corta” as linhas de forca magnética do campo e.Acionamentos e Máquinas Elétricas 8. depende do escorregamento e da velocidade síncrona.Escorregamento Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade síncrona.P(kw) Pu 736. A medida que é aplicada carga ao motor. ou seja. motor em vazio.3-Rendimento É a relação entre a potência ativa fornecida pelo motor e a potência ativa solicitada pelo motor à rede. sob tensão e frequência nominais. diferente da velocidade do campo girante. A diferença entre a velocidade do motor ( N ) e a velocidade síncrona ( Ns ) chama-se escorregamento ( s ). Chamando “Potência útil” Pu a potência mecânica disponível no eixo e “Potência absorvida” Pa a potencia elétrica que o motor retira da rede. cosθ cos θ = Fator de potência Pcv = Potência em cavalo vapor Pkw = Potência em kilowatts η = ren dim ento U = tensão I = corrente 8. a rotação do motor diminui. o rotor girara praticamente com a rotação síncrona.V . como fração da velocidade síncrona. N = Ns.(1 − s )rpm 7 . circularão nele correntes induzidas. Quanto maior a carga. porcentagem. Quando a carga e zero. que pode ser expresso em rotações por minuto ( rpm ). maior terá que ser o conjugado necessário para aciona-la. cosθ 3. ou como ainda. portanto.4. a medida que a carga aumenta.I . η= 1000. pelas leis do eletromagnetismo.P(cv) = (W ) = Pa 3. o rendimento aumenta.I . S= Ns − N = N S (%) = S (%) = Escorregamento em porcentagem Ns − N × 100 = % N S = Escorregamento Ns = Rotação síncrona N = Rotação nominal A velocidade (rpm) do motor funcionando à potência nominal.V . o rendimento será a relação entre as duas. 5 metros de profundidade.20 m. se o comprimento E for de 0. Quanto maior for a manivela. Assim.Acionamentos e Máquinas Elétricas 8. Para contrabalançar esta força. menor será a força necessária.1 ) a forca F que e preciso aplicar a manivela depende do comprimento E da mesma. valendo 20 N x 24. No exemplo anterior.5 m = 490 Nm A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo.10 m do centro do eixo.20 m.0 Nm 8. se o balde pesa 20 N e o diâmetro do tambor e 0.Conjugado O conjugado ( também chamado torque ou momento ) e a medida do esforço necessário para girar um eixo. Como vemos. a potência necessária será: Pmec = F . No exemplo citado. precisa-se de 10 N na manivela.20 m = 5 N x 0. a forca F necessária será diminuída a metade. a corda transmitira uma forca de 20 N na superfície do tambor. que e o produto da forca pela distancia. ou trabalho ( W ) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a mesma. Pela experiência pratica observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços ( figura 1. No exemplo da figura 1.6-Energia e potência mecânica A potência mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou consumida. Se E for o dobro.d 490 = = 245(W ) t 2 8 . Se dobrarmos o tamanho E da manivela.1. a energia gasta. a 0.m) C = 20 N x 0. isto e. F x E. 0. O “esforço” e medido pelo conjugado. para medir o “esforço” necessário para girar o eixo não basta definir a forca empregada: e preciso também dizer a que distancia do centro eixo a forca e aplicada. o conjugado vale: C=F.5.0 segundos. ou seja 5 N.40 m. isto e. se o poço tem 24. a forca F será a metade. se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2.E(N.40 m = 2.10 m = 10 N x 0. Cada motor tem sua própria curva do conjugado.A curva varia com a potência e a velocidade do motor.Não é constante no momento da partida. 9 . C ( Nm ) = 7024. .P(cv) 9555. a potência depende do conjugado C e da velocidade de rotação N.P(kW ) = N (rpm) N (rpm) P(kw)= potência em kilowatts P(cv)= potência em cv N= rotação nominal Conjugado ou momento Produzido pelo Conjugado ou momento eixo do rotor (conjunto de forças) Conjugado Movimento de rotação . .Acionamentos e Máquinas Elétricas Portanto a energia mecânica é aplicada sob a forma de movimento rotativo. corrente de partida normal. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado para utilização em acionamento de cargas normais. onde a carga apresenta picos periódicos. transportadores carregadores. como bombas.Acionamentos e Máquinas Elétricas Categorias . os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola são classificados em categorias. máquinas operatrizes. cada adequada a um tipo de carga. 10 . Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida. Essas categorias são classificadas em norma (NBR 7094). Categoria H Conjugado de partida alto.valores mínimos normalizados De acordo com as características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida. e baixo escorregamento. e britadores. como peneiras. e baixo escorregamento. e alto escorregamento (mais de 5%). Categoria N Conjugado de partida normal. corrente de partida normal. ventiladores. Usados também em elevadores e cargas que necessitam de conjugados de partida muito alto e corrente de partida limitada. corrente de partida normal. cargas de alta inércia. Categoria D Conjugado de partida alto. Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes. As curvas que representam Conjugado x Velocidade das diferentes categorias podem ser vistas na figura abaixo. Exemplo: F. aplicado à potência nominal. 8.Acionamentos e Máquinas Elétricas 8.15.Ventilação É o processo pelo qual é realizada a troca de calor entre o interior do motor e o meio externo. indica a sobrecarga permissível que pode ser aplicada Continuamente ao motor sob condições especificadas. No caso de motor aberto o ar ambiente circula no interior do motor retirando calor das partes aquecidas da máquina.S.7.9-Fator deserviço(FS) Chama-se fator de serviço (FS) o fator que.=1.Classe de isolamento A classe de isolamento é definida pela Norma NBR 7034 e representa o limite máximo de temperatura que o enrolamento do motor pode suportar continuamente sem que haja redução de sua vida útil:      Classe A 105° C Classe E 120° C Classe B 130° C Classe F 155° C Classe H 1800 C 8. 11 .Em motores totalmente fechado a troca de calor é feita através de aletas colocadas na sua carcaça.8. o motor suporta continuamente 15% de sobrecarga acima de sua potência nominal. Os tipos de ventilação mais usados em motores de indução são: motor aberto e motor totalmente fechado. O principal fator limitante da potência desenvolvida é a temperatura máxima que o motor atinge.10.regime de serviço O regime de serviço é definido como a regularidade de carga a que o motor é submetido. 12 .Grau de proteção de motores (IP) A carcaça é o que protege o motor. Proteção contra jatos de água em todas as direções. São utilizados ao ar livre. chuva e maresia.proteção completa contra toque e contra acúmulo de poeiras nocivas. Também denominados motor de uso naval 8.proteção completa contra toque e acúmulo de poeiras nocivas.  IP55 . ou seja o estator e rotor. 9.idêntico ao IP 55. porém são protegidos contra intempéries. Proteção contra respingos de todas as direções.  IP(W)55 . São utilizados em ambientes muito empoeirados.Acionamentos e Máquinas Elétricas 8. São utilizados nos casos em que os equipamentos são lavados periodicamente com mangueiras.11. Exemplos de IP’S  IP54 . A exigência do grau de Proteção Intrísica ( proteção própria do dispositivo) depende diretamente do ambiente no qual o motor é instalado.Conexão dos enrolamentos Nos circuitos trifásicos existem dois tipos de configurações ( ligação) tanto para geradores e transformadores como para cargas como motores. cujas ligações são: em estrela Υ e em triângulo ∆ . 3 2 2 2 VL12 = 3. 3 . A corrente de cada fio da linha é a mesma corrente da fase que está ligada. 13 .VF 2. 2-3.VL23 e VL31. VF3. = 2. cos 30° = VF 2.VL 23 = 3. cos 30° + VF1. VF2. = VF . 3 3 3 + VF 2.VF − 90°. As tensões entre dois terminais 1-2.VF 150° VL12 = VF 2.3-1.Acionamentos e Máquinas Elétricas 9. portanto IL=IF e a tensão VL = VF .VF 30°.2 e 3 em relação ao neutro correspondem às tensões de fase de fase do gerador ( VF ou Van ). correspondem às tensões de linha VL12.VL31 = 3. ou seja VF1.1-Conexão em estrela As tensões entre os terminais 1. (IF) 3 3 3 + IF1.VF 90° IL1 = IF1. = 2.IF − 150°. cos 30° = IF1.3.Acionamentos e Máquinas Elétricas 9.2-Conexão em triângulo Vlinha( VL ou VAB) = Vfase (VF) Ilinha(IL) = 3.Ifase (IF) A tensão aplicada VL é igual a VF.IF1. 14 .IF − 30°. I L 2 = 3. 9. desde que a segunda seja equivalente à primeira multiplicada por 3. 3 2 2 2 IL1 = 3. e serve para quaisquer tensões nominais duplas.Ligação estrela-triângulo Esse tipo de ligação exige no mínimo seis terminais no motor. = IF . IL3 = 3. A corrente em cada cabo da linha é IL= 3. cos 30° + (− IF 3). 380/660V. Ligação em tripla tensão nominal 15 .Acionamentos e Máquinas Elétricas Exemplos: 220/380V. 440/760V. Acionamentos e Máquinas Elétricas 10-Falhas em motores elétricos 16 . Acionamentos e Máquinas Elétricas 17 .