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8/14/2019 15263941 Motores Eletricos e Acionamentos

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MOTORES ELTRICOS DE CORRENTE ALTERNADA

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ESPECIFICAO

1.1 Motores eltricosMotor eltrico a mquina destinada a transformar energia eltrica emenergia mecnica. O motor de induo o mais usado de todos os tipos de

motores, pois combina as vantagens da utilizao de energia eltrica -baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando -com sua construo simples, custo reduzido, grande versatilidade deadaptao s cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Ostipos mais comuns de motores eltricos so:

a) Motores de corrente contnuaSo motores de custo mais elevado e, alm disso, precisam de uma fontede corrente contnua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada

1. Noes fundamentais comum em contnua. Podem funcionar com velocidade ajustvel entre amploslimites e se prestam a controles de grande flexibilidade e preciso. Por isso,seu uso restrito a casos especiais em que estas exigncias compensamo custo muito mais alto da instalao.

b) Motores de corrente alternadaSo os mais utilizados, porque a distribuio de energia eltrica feita

normalmente em corrente alternada. Os principais tipos so:- Motor sncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente paragrandes potncias (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ouquando se necessita de velocidade invarivel.- Motor de induo: Funciona normalmente com uma velocidade constante,que varia ligeiramente com a carga mecnica aplicada ao eixo. Devido asua grande simplicidade, robustez e baixo custo, o motor mais utilizado detodos, sendo adequado para quase todos os tipos de mquinas acionadas,encontradas na prtica. Atualmente possvel controlarmos a velocidadedos motores de induo com o auxlio de inversores de freqncia.

O UNIVERSO TECNOLGICO DE MOTORES ELTRICOS

Tabela 1.1


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1.2 Conceitos bsicosSo apresentados a seguir os conceitos de algumas grandezas bsicas,cuja compreenso necessria para melhor acompanhar as explicaesdas outras partes deste manual.

1.2.1 ConjugadoO conjugado (tambm chamado torque, momento ou binrio) a medida do

esforo necessrio para girar um eixo. sabido, pela experincia prtica que, para levantar um peso por um processosemelhante ao usado em poos - ver figura 1.1 - a fora F que precisoaplicar manivela depende do comprimento lda manivela. Quanto maiorfor a manivela, menor ser a fora necessria.Se dobrarmos o tamanho lda manivela, a fora F necessria ser diminuda metade.No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20N e o dimetro do tambor 0,20m, a corda transmitir uma fora de 20N na superfcie do tambor, isto, a 0,10m do centro do eixo. Para contrabalanar esta fora, precisam de10N na manivela, se o comprimento l for de 0,20m. Se l for o dobro, isto, 0,40m, a fora F ser a metade, ou seja 5N.Como vemos, para medir o esforo necessrio para girar o eixo no bastadefinir a fora empregada: preciso tambm dizer a que distncia do eixo afora aplicada. O esforo medido pelo conjugado, que o produto da

fora pela distncia, F x l.No exemplo citado, o conjugado vale:C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N x 0,40m = 2,0N.m.

C = F . l ( N . m )

Figura 1.1

1.2.2 Energia e potncia mecnicaA potncia mede a velocidade com que a energia aplicada ou consumida.No exemplo anterior, se o poo tem 24,5 metros de profundidade, a energiagasta, ou trabalho realizado para trazer o balde do fundo at a boca do poo sempre a mesma, valendo 20N x 24,5m = 490Nm (note que a unidadede medida de energia mecnica, Nm, a mesma que usamos para oconjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, queno devem ser confundidas).

W = F . d ( N . m )

OBS.: 1Nm = 1J = W . t

A potncia exprime a rapidez com que esta energia aplicada e se calculadividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiz-lo. Assim,se usarmos um motor eltrico capaz de erguer o balde de gua em 2,0segundos, a potncia necessria ser:

490P1 = = 245W

2,0

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o trabalhoem 1,3 segundos, a potncia necessria ser:

490P

2= = 377W

1,3

A unidade mais usual para medida de potncia mecnica o cv (cavalo-vapor), equivalente a 736W. Ento as potncias dos dois motores acimasero:

245 1 377 1P

1= = cv P

2= = cv

736 3 736 2

F . dP

mec= ( W )

t

como, 1cv = 736W ento,

F . dPmec = ( cv )

736 . t

Para movimentos circulares

C = F . r ( N.m )

. d. nv = ( m/s )60

F . dP

mec= ( cv )

736

onde:C = conjugado em NmF = fora em Nl = brao de alavanca em mr = raio da polia em mv = velocidade angular em m/sd = dimetro da pea em m

n = velocidade em rpm

Relao entre unidades de potnciaP (kW) = 0,736 . P (cv) ou

P (cv) = 1,359 P (kW)

1.2.3 Energia e potncia eltricaEmbora a energia seja uma coisa s, ela pode se apresentar de formasdiferentes. Se ligarmos uma resistncia a uma rede eltrica com tenso,passar uma corrente eltrica que ir aquecer a resistncia. A resistnciaabsorve energia eltrica e a transforma em calor, que tambm uma formade energia. Um motor eltrico absorve energia eltrica da rede e a transformaem energia mecnica disponvel na ponta do eixo.

Circuitos de corrente contnuaA potncia eltrica, em circuitos de corrente contnua, pode ser obtidaatravs da relao da tenso ( U ), corrente ( I ) e resistncia ( R )envolvidas no circuito, ou seja:

P = U . I ( W )ou,

U 2P = ( W )

R

ou,P = RI2 ( W)

Onde: U = tenso em volt

I = corrente em ampreR = resistncia em ohmP = potncia mdia watt

Circuitos de corrente alternadaa) Resistncia


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ESPECIFICAO

No caso de resistncias, quanto maior a tenso da rede, maior ser acorrente e mais depressa a resistncia ir se aquecer. Isto quer dizer que apotncia eltrica ser maior. A potncia eltrica absorvida da rede, no casoda resistncia, calculada multiplicando-se a tenso da rede pela corrente,se a resistncia (carga), for monofsica.

P = U x I ( W )

No sistema trifsico a potncia em cada fase da carga ser P f = Uf x If,como se fosse um sistema monofsico independente. A potncia total sera soma das potncias das trs fases, ou seja:

P = 3Pf= 3 x U

fx I

f

Lembrando que o sistema trifsico ligado em estrela ou tringulo, temosas seguintes relaes:

Ligao estrela: U = 3 Uf e I = If

Ligao tringulo: U = Uf e I = 3 . I f

Assim, a potncia total, para ambas as ligaes, ser:

P = 3 . U . I ( W )OBS.:Esta expresso vale para a carga formada por resistncias, onde no hdefasagem da corrente.

b) Cargas reativasPara as cargas reativas, ou seja, onde existe defasagem, como o casodos motores de induo, esta defasagem tem que ser levada em conta e aexpresso fica:

P = 3 x U x I x cos ( W )

A unidade de medida usual para potncia eltrica o watt (W), correspondentea 1 volt x 1 ampre, ou seu mltiplo, o quilowatt = 1.000 watts. Estaunidade tambm usada para medida de potncia mecnica.

A unidade de medida usual para energia eltrica o quilo-watt-hora (kWh)correspondente energia fornecida por uma potncia de 1kW funcionandodurante uma hora - a unidade que aparece, para cobrana, nas contas deluz.

1.2.4 Potncias aparente, ativa e reativaPotncia aparente ( S ) o resultado da multiplicao da tenso pela corrente ( S = U x I parasistemas monofsicos e S = 3 x U x I, para sistemas trifsicos ).Corresponde potncia que existiria se no houvesse defasagem da corrente,ou seja, se a carga fosse formada por resistncias. Ento,

PS = ( V A )

cos

Evidentemente, para as cargas resistivas, cos = 1 e a potncia ativa seconfunde com a potncia aparente.A unidade de medidas para potncia aparente o volt-ampre (VA) ou seumltiplo, o quilo-volt-ampre (kVA).

Potncia ativa ( P ) a parcela da potncia aparente que realiza trabalho, ou seja, que transformada em energia.

P = 3 x U x I x cos ( W )ou,P = S . cos ( W )

Potncia reativa ( Q ) a parcela da potncia aparente que no realiza trabalho. Apenas transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores)do circuito.

Q = 3 . U. I sen ( V Ar )ou,Q = S . sen ( V Ar )

Tringulo de potncias

Figura 1.2 - Tringulo de potncias (carga indutiva)

1.2.5 Fator de potnciaO fator de potncia, indicado por cos , onde o ngulo de defasagem datenso em relao corrente, a relao entre a potncia real (ativa) P e apotncia aparente S (figura 1.2).

P P (kW) x 1000cos = =

S 3 x U . I

Assim,- Carga Resistiva: cos = 1- Carga Indutiva: cos atrasado- Carga Capacitiva: cos adiantadoOs termos, atrasado e adiantado, referem-se fase da corrente em relao fase da tenso.Um motor no consome apenas potncia ativa que depois convertida emtrabalho mecnico, mas tambm potncia reativa, necessria paramagnetizao, mas que no produz trabalho. No diagrama da figura 1.3, ovetor P representa a potncia ativa e o Q a potncia reativa, que somadasresultam na potncia aparente S. A relao entre potncia ativa, medida emkW e a potncia aparente medida em kVA, chama-se fator de potncia.

Figura 1.3 - O fator de potncia determinado medindo-se a potncia deentrada, a tenso e a corrente de carga nominal

Importncia do fator de potnciaVisando otimizar o aproveitamento do sistema eltrico brasileiro, reduzindoo trnsito de energia reativa nas linhas de transmisso, subtransmisso edistribuio, a portaria do DNAEE nmero 85, de 25 de maro de 1992,determina que o fator de potncia de referncia das cargas passasse dosento atuais 0,85 para 0,92. A mudana do fator de potncia, d maiordisponibilidade de potncia ativa no sistema, j que a energia reativa limitaa capacidade de transporte de energia til.O motor eltrico uma pea fundamental, pois dentro das indstrias,representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, imprescindvel autilizao de motores com potncia e caractersticas bem adequadas suafuno. O fator de potncia varia com a carga do motor. Os catlogos WEGindicam os valores tpicos desta variao.

Correo do fator de potnciaO aumento do fator de potncia realizado, com a ligao de uma carga

capacitiva, em geral, um capacitor ou motor sncrono super excitado, emparalelo com a carga.Por exemplo:Um motor eltrico, trifsico de 100cv (75kW), operando com 100% dapotncia nominal, com fator de potncia original de 0,90. O fator de potnciadesejado de 0,95.


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Soluo:Utilizando-se da tabela 1.2, na interseco da linha 0,90 com a coluna de 0,95, obtm-se o valor de 0,155, que multiplicado pela potncia do motor em kW,resulta no valor da potncia reativa necessria para elevar-se o fator de potncia de 0,90 para 0,95.

kVAr necessrio = 75 x 0,155 = 11,625 kVAr

Tabela 1.2 - Correo do fator de potnciaFATOR DE FATOR DE POTNCIA DESEJADOPOTNCIAORIGINAL 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00

0,50 0,982 1,008 1,034 1,060 1,086 1,112 1,139 1,165 1,192 1,220 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403 1,442 1,481 1,529 1,590 1,732

0,51 0,937 0,962 0,989 1,015 1,041 1,067 1,094 1,120 1,147 1,175 1,203 1,231 1,261 1,292 1,324 1,358 1,395 1,436 1,484 1,544 1,6870,52 0,893 0,919 0,945 0,971 0,997 1,023 1,060 1,076 1,103 1,131 1,159 1,187 1,217 1,248 1,280 1,314 1,351 1,392 1,440 1,500 1,6430,53 0,850 0,876 0,902 0,928 0,954 0,980 1,007 1,033 1,060 1,088 1,116 1,144 1,174 1,205 1,237 1,271 1,308 1,349 1,397 1,457 1,6000,54 0,809 0,835 0,861 0,887 0,913 0,939 0,966 0,992 1,019 1,047 1,075 1,103 1,133 1,164 1,196 1,230 1,267 1,308 1,356 1,416 1,3590,55 0,769 0,795 0,821 0,847 0,873 0,899 0,926 0,952 0,979 1,007 1,035 1,063 1,090 1,124 1,456 1,190 1,228 1,268 1,316 1,377 1,519

0,56 0,730 0,756 0,782 0,808 0,834 0,860 0,887 0,913 0,940 0,968 0,996 1,024 1,051 1,085 1,117 1,151 1,189 1,229 1,277 1,338 1,4800,57 0,692 0,718 0,744 0,770 0,796 0,882 0,849 0,875 0,902 0,930 0,958 0,986 1,013 1,047 1,079 1,113 1,151 1,191 1,239 1,300 1,442

0,58 0,655 0,681 0,707 0,733 0,759 0,785 0,812 0,838 0,865 0,893 0,921 0,949 0,976 1,010 1,042 1,076 1,114 1,154 1,202 1,263 1,4050,59 0,618 0,644 0,670 0,696 0,722 0,748 0,775 0,801 0,828 0,856 0,884 0,912 0,943 0,973 1,005 1,039 1,077 1,117 1,165 1,226 1,3680,60 0,584 0,610 0,636 0,662 0,688 0,714 0,741 0,767 0,794 0,822 0,850 0,878 0,905 0,939 0,971 1,005 1,043 1,083 1,131 1,192 1,334

0,61 0,549 0,575 0,601 0,627 0,653 0,679 0,706 0,732 0,759 0,787 0,815 0,843 0,870 0,904 0,936 0,970 1,008 1,048 1,096 1,157 1,2990,62 0,515 0,541 0,567 0,593 0,619 0,645 0,672 0,698 0,725 0,753 0,781 0,809 0,836 0,870 0,902 0,936 0,974 1,014 1,062 1,123 1,2650,63 0,483 0,509 0,535 0,561 0,587 0,613 0,640 0,666 0,693 0,721 0,749 0,777 0,804 0,838 0,870 0,904 0,942 0,982 1,000 1,091 1,2330,64 0,450 0,476 0,502 0,528 0,554 0,580 0,607 0,633 0,660 0,688 0,716 0,744 0,771 0,805 0,837 0,871 0,909 0,949 0,997 1,066 1,2000,65 0,419 0,445 0,471 0,497 0,523 0,549 0576 0,602 0,629 0,657 0,685 0,713 0,740 0,774 0,806 0,840 0,878 0,918 0,966 1,027 1,169

0,66 0,388 0,414 0,440 0,466 0,492 0,518 0,545 0,571 0,598 0,26 0,654 0,692 0,709 0,742 0,755 0,809 0,847 0,887 0,935 0,996 1,1380,67 0,358 0,384 0,410 0,436 0,462 0,488 0,515 0,541 0,568 0,596 0,624 0,652 0,679 0,713 0,745 0,779 0,817 0,857 0,906 0,966 1,1080,68 0,329 0,355 0,381 0,407 0,433 0,459 0,486 0,512 0,539 0,567 0595 0,623 0,650 0,684 0,716 0,750 0,788 0,828 0,876 0,937 1,0790,69 0,299 0,325 0,351 0,377 0,403 0,429 0,456 0,482 0,509 0,537 0,565 0,593 0,620 0,654 0,686 0,720 0,758 0,798 0,840 0,907 1,0490,70 0,270 0,296 0,322 0,348 0,374 0,400 0,427 0,453 0,480 0,508 0,536 0,564 0,591 0,625 0,657 0,691 0,729 0,769 0,811 0,878 1,020

0,71 0,242 0,268 0,294 0,320 0,346 0,372 0,399 0,425 0,452 0,480 0,508 0,536 0,563 0,597 0,629 0,663 0,701 0,741 0,783 0,850 0,9920,72 0,213 0,239 0,265 0,291 0,317 0,343 0,370 0,396 0,423 0,451 0,479 0,507 0,534 0,568 0,600 0,624 0,672 0,712 0,754 0,821 0,9630,73 0,186 0,212 0,238 0,264 0,290 0,316 0,343 0,369 0,396 0,424 0,452 0,480 0,507 0,541 0,573 0,607 0,645 0,685 0,727 0,794 0,9360,74 0,159 0,185 0,211 0,237 0,263 0,289 0,316 0,342 0,369 0,397 0,425 0,453 0,480 0,514 0,546 0,580 0,618 0,658 0,700 0,767 0,9090,75 0,132 0,158 0,184 0,210 0,236 0,262 0,289 0,315 0,342 0,370 0,398 0,426 0,453 0,487 0,519 0,553 0,591 0,631 0,673 0,740 0,882

0,76 0,106 0,131 0,157 0,183 0,209 0,235 0,262 0,288 0,315 0,343 0,371 0,399 0,426 0,460 0,492 0,526 0,564 0,604 0,652 0,713 0,8550,77 0,079 0,106 0,131 0,157 0,183 0,209 0,236 0,262 0,289 0,317 0,345 0,373 0,400 0,434 0,466 0,500 0,538 0,578 0,620 0,686 0,8290,78 0,053 0,079 0,105 0,131 0,157 0,183 0,210 0,236 0,263 0,291 0,319 0,347 0,374 0,408 0,440 0,474 0,512 0,562 0,594 0,661 0,8030,79 0,026 0,062 0,078 0,104 0,130 0,153 0,183 0,209 0,236 0,264 0,292 0,320 0,347 0,381 0,403 0,447 0,485 0,525 0,567 0,634 0,7760,80 0,000 0,026 0,062 0,078 0,104 0,130 0,157 0,183 0,210 0,238 0,266 0,264 0,321 0,355 0,387 0,421 0,459 0,499 0,541 0,608 0,750

0,81 0,000 0,026 0,062 0,078 0,104 0,131 0,157 0,184 0,212 0,240 0,268 0,295 0,329 0,361 0,395 0,433 0,473 0,515 0,582 0,7240,82 0,000 0,026 0,062 0,078 0,105 0,131 0,158 0,186 0,214 0,242 0,269 0,303 0,335 0,369 0,407 0,447 0,496 0,556 0,6960,83 0,000 0,026 0,062 0,079 0,105 0,132 0,160 0,188 0,216 0,243 0,277 0,309 0,343 0,381 0,421 0,463 0,536 0,6720,84 0,000 0,026 0,053 0,079 0,106 0,14 0,162 0,190 0,217 0,251 0,283 0,317 0,355 0,395 0,437 0,504 0,6450,85 0,000 0,027 0,053 0,080 0,108 0,136 0,164 0,191 0,225 0,257 0,191 0,229 0,369 0,417 0,476 0,620

0,86 0,000 0,026 0,053 0,081 0,109 0,137 0,167 0,198 0,230 0,265 0,301 0,343 0,390 0,451 0,5930,87 0,027 0,055 0,082 0,111 0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,317 0,364 0,425 0,5670,88 0,028 0,056 0,084 0,114 0,145 0,177 0,211 0,248 0,290 0,337 0,398 0,5400,89 0,028 0,056 0,086 0,117 0,149 0,183 0,220 0,262 0,309 0,370 0,5120,90 0,028 0,058 0,089 0,121 0,155 0,192 0,234 0,281 0,342 0,484

0,91 0,030 0,061 0,093 0,127 0,164 0,206 0,253 0,314 0,4560,92 0,031 0,063 0,097 0,134 0,176 0,223 0,284 0,4260,93 0,032 0,068 0,103 0,145 0,192 0,253 0,3950,94 0,034 0,071 0,113 0,160 0,221 0,3630,95 0,037 0,079 0,126 0,187 0,328

0,96 0,042 0,089 0,149 0,2920,97 0,047 0,108 0,2510,98 0,061 0,2030,99 0,142


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D-7

ESPECIFICAO

1.2.6 RendimentoO motor eltrico absorve energia eltrica da linha e a transforma em energiamecnica disponvel no eixo. O rendimento define a eficincia com que feita esta transformao.Chamando Potncia til P

ua potncia mecnica disponvel no eixo e

Potncia absorvida Pa

a potncia eltrica que o motor retira da rede, orendimento ser a relao entre as duas, ou seja:

Pu

(W) 736 x P (cv) 1000 x P (kW) = = =

Pa

(W) 3 . U . I. cos 3 . U . I . cos

ou

736 x P (cv)% = x 100

3 . U . I cos

1.2.7 Relao entre conjugado e potnciaQuando a energia mecnica aplicada sob a forma de movimento rotativo,

a potncia desenvolvida depende do conjugado C e da velocidade de rotaon. As relaes so:

C (kgfm) n (rpm) C (Nm) x n (rpm)P (cv) = =

716 7024

C (kgfm) n (rpm) C (Nm) x n (rpm)P (kW) = =

974 9555

INVERSAMENTE

716 x P (cv) 974 x P (kW)C (kgfm) = =

n (rpm) n (rpm)

7024 x P (cv) 9555 x P (kW)C (Nm) = =

n (rpm) n (rpm)

1.3 Sistemas de corrente alternada monofsica

1.3.1 GeneralidadesA corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tenso, em vez depermanecer fixa, como entre os plos de uma bateria, varia com o tempo,mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome.No sistema monofsico uma tenso alternada U (volt) gerada e aplicadaentre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I(ampre) - ver figura 1.4a.

Figura 1.4a Figura 1.4bSe representarmos num grfico os valores de U e I, a cada instante, vamosobter a figura 1.4b. Na figura 1.4b esto tambm indicadas algumasgrandezas que sero definidas em seguida. Note que as ondas de tenso ede corrente no esto em fase, isto , no passam pelo valor zero ao

mesmo tempo, embora tenham a mesma freqncia; isto acontece paramuitos tipos de carga, por exemplo, enrolamentos de motores (cargasreativas).

Freqncia o nmero de vezes por segundo que a tenso muda de sentido e volta condio inicial. expressa em ciclos por segundo ou hertz, simbolizada

por Hz.Tenso mxima ( U

mx)

o valor de pico da tenso, ou seja, o maior valor instantneo atingidopela tenso durante um ciclo (este valor atingido duas vezes por ciclo,uma vez positivo e uma vez negativo).

Corrente mxima ( Imx

) o valor de pico da corrente.

Valor eficaz de tenso e corrente ( U e I ) o valor da tenso e corrente contnuas que desenvolvem potnciacorrespondente quela desenvolvida pela corrente alternada. Pode-sedemonstrar que o valor eficaz vale: U = U

mx/ 2 e I = Imx / 2.

Por exemplo: Se ligarmos uma resistncia a um circuito de correntealternada ( cos = 1 ) com Umx = 311 volts e Imx = 14,14 ampres, apotncia desenvolvida ser:

1P = U.I. cos = Umx . Imx . cos

2

P = 2.200 watts

OBS.: Na linguagem normal, quando se fala em tenso e corrente, porexemplo, 220 volts ou 10 ampres, sem especificar mais nada, estamosnos referindo valores eficazes da tenso ou da corrente, que so empregadosna prtica.

Defasagem ( ) o atraso da onda de corrente em relao onda da tenso (ver figura1.4b). Em vez de ser medido em tempo (segundos), este atraso geralmentemedido em ngulo (graus) correspondente frao de um ciclo completo,considerando 1 ciclo = 360o. Mas comumente a defasagem expressapelo cosseno do ngulo (ver item 1.2.5 - Fator de potncia).

1.3.2 Ligaes em srie e paralelo

Figura 1.5a Figura 1.5b

Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofsico, esta ligaopode ser feita em dois modos:- ligao em srie (figura 1.5a), em que as duas cargas so atravessadaspela corrente total do circuito. Neste caso, a tenso em cada carga ser ametade da tenso do circuito para cargas iguais.- ligao em paralelo (figura 1.5b), em que aplicada s duas cargas atenso do circuito. Neste caso, a corrente em cada carga ser a metade dacorrente total do circuito para cargas iguais.

1.4 Sistemas de corrente alternada trifsicaO sistema trifsico formado pela associao de trs sistemas monofsicosde tenses U

1, U

2e U

3tais que a defasagem entre elas seja de 120o, ou

seja, os atrasos de U2

em relao a U1, de U

3em relao a U

2e de U

1em

relao a U3

sejam iguais a 120o (considerando um ciclo completo =


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360o). O sistema equilibrado, isto , as trs tenses tm o mesmo valoreficaz U

1= U

2= U

3conforme figura 1.6.

Figura 1.6

Ligando entre si os trs sistemas monofsicos e eliminando os fiosdesnecessrios, teremos um sistema trifsico: trs tenses U1, U

2e U

3equilibradas, defasadas entre si de 120o e aplicadas entre os trs fios dosistema. A ligao pode ser feita de suas maneiras, representadas nosesquemas seguintes. Nestes esquemas, costuma-se representar as tensescom setas inclinadas ou vetores girantes, mantendo entre si o ngulocorrespondente defasagem (120o), conforme figuras 1.7a, b e c, e figuras1.8a, b e c.

1.4.1 Ligao tringuloSe ligarmos os trs sistemas monofsicos entre si, como indicam asfiguras 1.7a, b e c, podemos eliminar trs fios, deixando apenas um emcada ponto de ligao, e o sistema trifsico ficar reduzido a trs fios L

1, L

2e L

3.

Tenso de linha ( U ) a tenso nominal do sistema trifsico aplicada entre dois quaisquer dostrs fios L

1, L

2e L

3.

Figura 1.7a - Ligaes

Figura 1.7b - Esquema Figura 1.7c - Diagrama

Corrente de linha ( I) a corrente em qualquer um dos trs fios L

1, L

2e L

3.

Tenso e corrente de fase ( Uf

e If

) a tenso e corrente de cada um dos trs sistemas monofsicosconsiderados.

Examinando o esquema da figura 1.7b, v-se que:U = U

1

I = 3 . I f = 1,732 IfI = If1 + If3 (figura 1.7c)

Exemplo: Temos um sistema equilibrado de tenso nominal 220 volts. Acorrente de linha medida 10 ampres. Ligando a este sistema uma cargatrifsica composta de trs cargas iguais ligadas em tringulo, qual a tensoe a corrente em cada uma das cargas?

Temos Uf= U

1= 220 volts em cada uma das cargas.

Se I = 1,732 . If, temos I

f= 0,577 . I = 0,577 x 10 = 5,77 ampres em

cada uma das cargas.

1.4.2 Ligao estrelaLigando um dos fios de cada sistema monofsico a um ponto comum aostrs, os trs fios restantes formam um sistema trifsico em estrela (figura1.8a).s vezes, o sistema trifsico em estrela a quatro fios ou com neutro.O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases. A tenso de linha outenso nominal do sistema trifsico e a corrente de linha, so definidas domesmo modo que na ligao tringulo.

Figura 1.8a - Ligaes

Figura 1.8b - Esquema Figura 1.8c - Diagrama

Examinando o esquema da figura 1.8b, v-se que:I = I

f

U = 3 . U f = 1,732 UfU = Uf

1+ Uf

2(figura 1.8c)


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ESPECIFICAO

Exemplo: Temos uma carga trifsica composta de trs cargas iguais; cadacarga feita para ser ligada a uma tenso de 220 volts, absorvendo 5,77ampres.Qual a tenso nominal do sistema trifsico que alimenta esta carga emsuas condies normais (220 volts e 5,77 ampres)? Qual a corrente delinha?Temos U

f= 220 volts (normal de cada carga)

U = 1,732 x 220 = 380 voltsI = If

= 5,77 ampres

1.5 Motor de induo trifsicoO motor de induo trifsico (figura 1.9) composto fundamentalmente deduas partes: estator e rotor.

Figura 1.9

Estatorm Carcaa ( 1 ) - a estrutura suporte do conjunto; de construo robustaem ferro fundido, ao ou alumnio injetado, resistente corroso e comaletas.m Ncleo de chapas ( 2 ) - as chapas so de ao magntico, tratatastermicamente para reduzir ao mnimo as perdas no ferro.m Enrolamento trifsico ( 8 ) - trs conjuntos iguais de bobinas, uma paracada fase, formando um sistema trifsico ligado rede trifsica dealimentao.

Rotorm Eixo ( 7 ) - transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor.

tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.m Ncleo de chapas ( 3 ) - as chapas possuem as mesmas caractersticasdas chapas do estator.m Barras e anis de curto-circuito ( 12 ) - so de alumnio injetado sobpresso numa nica pea.

Outras partes do motor de induo trifsico:m Tampa ( 4 )m Ventilador ( 5 )m Tampa defletora ( 6 )m Caixa de ligao ( 9 )m Terminais ( 10 )m Rolamentos ( 11 )

O foco deste manual o motor de gaiola, cujo rotor constitudo de umconjunto de barras no isoladas e interligadas por anis de curto-circuito.O que caracteriza o motor de induo que s o estator ligado rede dealimentao. O rotor no alimentado externamente e as correntes quecirculam nele, so induzidas eletromagneticamente pelo estator, donde oseu nome de motor de induo.

1.5.1 Princpio de funcionamento - campogirante

Quando uma bobina percorrida por uma corrente eltrica, criado umcampo magntico dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional corrente.

Figura 1.10a Figura 1.10b

a) Na figura 1.10a indicado um enrolamento monofsico atravessadopor uma corrente I, e o campo H criado por ela; o enrolamento constitudo de um par de plos (um plo norte e um plo sul), cujos

efeitos se somam para estabelecer o campo H. O fluxo magnticoatravessa o rotor entre os dois plos e se fecha atravs do nclo doestator.Se a corrente I alternada, o campo H tambm , e o seu valor a cadainstante ser representando pelo mesmo grfico da figura 1.4b, inclusiveinvertendo o sentido em cada meio ciclo.O campo H pulsante pois, sua intensidade varia proporcionalmente corrente, sempre na mesma direo norte-sul.

b) Na figura 1.10b indicado um enrolamento trifsico, que transformado por trs monofsicos espaados entre si de 120o. Se esteenrolamento for alimentado por um sistema trifsico, as correntes I

1, I

2e

I3criaro, do mesmo modo, os seus prprios campos magnticos H

1, H

2e H

3. Estes campos so espaados entre si de 120o. Alm disso, como

so proporcionais s respectivas correntes, sero defasados no tempo,

tambm de 120o entre si e podem ser representandos por um grficoigual ao da figura 1.6. O campo total H resultante, a cada instante, serigual soma grfica dos trs campos H1, H2 e H3 naquele instante.

Na figura 1.11, representamos esta soma grfica para seis instantessucessivos.

Figura 1.11

No instante ( 1 ), a figura 1.6, mostra que o campo H1

mximo e oscampos H

2e H

3so negativos e de mesmo valor, iguais a 0,5. Os trs

campos so representados na figura 1.11 ( 1 ), parte superior, levando emconta que o campo negativo representado por uma seta de sentido opostoao que seria normal; o campo resultante (soma grfica) mostrado na parteinferior da figura 1.11 ( 1 ), tendo a mesma direo do enrolamento da fase1.Repetindo a construo para os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da figura 1.6, observa-se que o campo resultante H tem intensidade constante, porm suadireo vai girando, completando uma volta no fim de um ciclo.Assim, quando um enrolamento trifsico alimentado por correntes trifsicas,cria-se um campo girante, como se houvesse um nico par de plosgirantes, de intensidade constante. Este campo girante, criado pelo

7

8

910

1112

1

23

4

5

6


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enrolamento trifsico do estator, induz tenses nas barras do rotor (linhasde fluxo cortam as barras do rotor) as quais geram correntes, econseqentemente, um campo no rotor, de polaridade oposta do campogirante. Como campos opostos se atraem e como o campo do estator(campo girante) rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotao destecampo. Desenvolve-se ento, no rotor, um conjugado motor que faz com queele gire, acionando a carga.

1.5.2 Velocidade sncrona ( ns )A velocidade sncrona do motor definida pela velocidade de rotao docampo girante, a qual depende do nmero de plos (2p) do motor e dafreqncia (f) da rede, em hertz.Os enrolamentos podem ser construdos com um ou mais pares de plos,que se distribuem alternadamente (um norte e um sul) ao longo daperiferia do ncleo magntico. O campo girante percorre um par de plos (p)a cada ciclo. Assim, como o enrolamento tem plos ou p pares de plos,a velocidade do campo ser:

60 x f 120 x fn

s= = ( rpm )

p 2 p

Exemplos:a) Qual a rotao sncrona de um motor de 6 plos, 50Hz?

120 x 50n

s= = 1000 rpm

6

b) Motor de 12 plos, 60Hz?

120 x 60n

s= = 600 rpm

12

Note que o nmero de plos do motor ter que ser sempre par, para formaros pares de plos. Para as freqncias e polaridades usuais, as velocidades

sncronas so:

Tabela 1.3 - Velocidades sncronas

Rotao sncrona por minutoN de plos

60 Hertz 50 Hertz

2 3.600 3.000

4 1.800 1.500

6 1.200 1.000

8 900 750

10 720 600

Para motores de dois plos, como no item 1.5.1, o campo percorre umavolta a cada ciclo. Assim, os graus eltricos equivalem aos graus mecnicos.Para motores com mais de dois plos, teremos de acordo com o nmero deplos, um giro geomtrico menor, sendo inversamente proporcional a360o em dois plos.Por exemplo: Para um motor de seis plos teremos, em um ciclo completo,um giro do campo de 360o x 2/6 = 120o geomtricos. Isto equivale,logicamente, a 1/3 da velocidade em dois plos. Conclui-se, assim, que:

Graus geomtricos = Graus mecnicos x p

1.5.3 Escorregamento ( s )Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade sncrona, ou seja,

diferente da velocidade do campo girante, o enrolamento do rotor corta aslinhas de fora magntica do campo e, pelas leis do eletromagnetismo,circularo nele corrente induzidas.Quanto maior a carga, maior ter que ser o conjugado necessrio paraacion-la. Para obter o conjugado, ter que ser maior a diferena de velocidadepara que as correntes induzidas e os campos produzidos sejam maiores.

Portanto, medida que a carga aumenta cai a rotao do motor. Quando acarga zero (motor em vazio) o rotor girar praticamente com a rotaosncrona. A diferena entre a velocidade do motor n e a velocidade sncronan

schama-se escorregamento s, que pode ser expresso em rpm, como frao

da velocidade sncrona, ou como porcentagem desta

ns- n n

s- n

s (rpm) = ns - n ; s = ; s ( % ) = x 100ns

ns

Para um dado escorregamento s(%), a velocidade do motor ser, portanto

S ( % )n = n

sx ( 1 - )

100

Exemplo: Qual o escorregamento de um motor de 6 plos, 50Hz, se suavelocidade de 960 rpm?

1000 - 960s ( % ) = x 100

1000

s ( % ) = 4%

1.5.4 Velocidade nominal a velocidade (rpm) do motor funcionando potncia nominal, sob tensoe freqncia nominais. Conforme foi visto no item 1.5.3, depende doescorregamento e da velocidade sncrona.

s %n = n

sx ( 1 - ) ( rpm)

100


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ESPECIFICAO

2.1 O sistemaNo Brasil, o sistema de alimentao pode ser monofsico ou trifsico. O

sistema monofsico utilizado em servios domsticos, comerciais erurais, enquanto o sistema trifsico, em aplicaes industriais, ambos em60Hz.

2.1.1 TrifsicoAs tenses trifsicas mais usadas nas redes industriais so:l Baixa tenso: 220V, 380V e 440Vl Mdia tenso: 2.300 V, 4.160 V e 6.600 VO sistema trifsico estrela de baixa tenso, consiste de trs condutores defase (L1, L2, L3) e o condutor neutro (N), sendo este, conectado ao pontoestrela do gerador ou secundrio dos transformadores (conforme mostrafigura 2.1).

Figura 2.1 - Sistema trifsico

2.1.2 MonofsicoAs tenses monofsicas padronizadas no Brasil so as de 115V (conhecida

como 110V), 127V e 220V.Os motores monofsicos so ligados duas fases (tenso de linha UL) ou

uma fase e o neutro (tenso de fase Uf). Assim, a tenso nominal do motormonofsico dever ser igual tenso U

Lou U

fdo sistema.

Quando vrios motores monofsicos so conectados ao sistema trifsico(formado por trs sistemas monofsicos), deve-se tomar o cuidado paradistribu-los de maneira uniforme, evitando-se assim, desequilbrio entreas fases.

Monofsico com retorno por terra - MRTO sistema monofsico com retorno por terra - MRT -, um sistema eltricoem que a terra funciona como condutor de retorno da corrente de carga.Afigura-se como soluo para o emprego no monofsico a partir dealimentadores que no tm o condutor neutro. Dependendo da natureza dosistema eltrico existente e caractersticas do solo onde ser implantado

(geralmente na eletrificao rural), tem-se:

a) Sistema monofilar a verso mais prtica e econmica do MRT, porm, sua utilizao s possvel onde a sada da subestao de origem estrela-tringulo.Figura 2.2 - Sistema monofilar

b) Sistema monofilar com transformador de isolamentoEste sistema possui algumas desvantagens, alm do custo do transformador,

2. Caractersticas da rede dealimentao

como:1) Limitao da potncia do ramal potncia nominal do transformador de

isolamento;2) Necessidade reforar o aterramento do transformador de isolamento,

pois na sua falta, cessa o fornecimento de energia para todo o ramal

Figura 2.3 - Sistema monofilar com transformador de isolamento

c) Sistema MRT na verso neutro parcial empregado como soluo para a util izao do MRT em regies de solos dealta resistividade, quando se torna difcil obter valores de resistncia deterra dos transformadores dentro dos limites mximos estabelecidos no

projeto.

Figura 2.4 - Sistema MRT na verso neutro parcial

2.2 Tenso nominal a tenso para a qual o motor foi projetado.

2.2.1 Tenso nominal mltiplaA grande maioria dos motores fornecida com terminais do enrolamentoreligveis, de modo a poderem funcionar em redes de pelo menos duastenses diferentes. Os principais tipos de religao de terminais de motorespara funcionamento em mais de uma tenso so:

a) Ligao srie-paralelaO enrolamento de cada fase dividido em duas partes (lembrar que onmero de plos sempre par, de modo que este tipo de ligao semprepossvel). Ligando as duas metades em srie, cada metade ficar com ametade da tenso de fase nominal do motor. Ligando as duas metades emparalelo, o motor poder ser alimentado com uma tenso igual metade datenso anterior, sem que se altere a tenso aplicada a cada bobina. Veja osexemplos das figuras 2.5a e b.

Figura 2.5a - Ligao srie-paralelo Y


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Figura 2.5b - Ligao srie-paralelo

Este tipo de ligao exige nove terminais no motor e a tenso nominal(dupla) mais comum, 220/440V, ou seja, o motor religado na ligaoparalela quando alimentado com 220V e na ligao srie quando alimentadoem 440V. A figura 2.1 mostra a numerao normal dos terminais e oesquema de ligao para estes tipos de motores, tanto para motores ligadosem estrela como em tringulo. O mesmo esquema serve para outras duastenses quaisquer, desde que uma seja o dobro da outra, por exemplo, 230/460V

b) Ligao estrela-tringuloO enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do motor.Se ligarmos as trs fases em tringulo, cada fase receber a tenso dalinha, por exemplo, 220V (figura 2.6). Se ligarmos as trs fases em estrela,o motor pode ser ligado a uma linha de tenso igual a 220 x 3 = 380 voltssem alterar a tenso no enrolamento que continua igual a 220 volts porfase, pois,

Uf = U 3

Figura 2.6 - Ligao estrela-tringulo Y -

Este tipo de ligao exige seis terminais no motor e serve para quaisquertenses nominais duplas, desde que a segunda seja igual primeiramultiplicada por 3.

Exemplos: 220/380V - 380/660V - 440/760V

Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a tenso maior declarada s serve

para indicar que o motor pode ser acionado atravs de uma chave de partidaestrela-tringulo.Motores que possuem tenso nominal de operao acima de 660V deveropossuir um sistema de isolao especial, apto a esta condio.

c) Tripla tenso nominalPodemos combinar os dois casos anteriores: o enrolamento de cada fase dividido em duas metades para ligao srie-paralelo. Alm disso, todos osterminais so acessveis para podermos ligar as trs fases em estrela outringulo. Deste modo, temos quatro combinaes possveis de tensonominal:

1) Ligao tringulo paralelo;

2) Ligao estrela paralela, sendo igual a 3 vezes a primeira;

3) Ligao tringulo srie, valendo o dobro da primeira;4) Ligao estrela srie, valendo 3 vezes a terceira. Mas, como esta

tenso seria maior que 600V, indicada apenas como referncia deligao estrela-tringulo.

Exemplo: 220/380/440(760) V

Este tipo de ligao exige 12 terminais e a figura 2.7 mostra a numeraonormal dos terminais e o esquema de ligao para as trs tenses nominais.

Figura 2.7

2.3 Freqncia nominal (Hz) a freqncia da rede para a qual o motor foi projetado.

2.3.1 Ligao em freqncias diferentesMotores trifsicos bobinados para 50Hz podero ser ligados tambm emrede de 60Hz.

a) Ligando o motor de 50Hz, com a mesma tenso, em 60Hz

- a potncia do motor ser a mesma;

- a corrente nominal a mesma;

- a corrente de partida diminui em 17%;

- o conjugado de partida diminui em 17%;

- o conjugado mximo diminui em 17%;

- a velocidade nominal aumenta em 20%.

Nota: Devero ser observados os valores de potncia requeridas, paramotores que acionam equipamentos que possuem conjugados variveiscom a rotao.

b) Se alterar a tenso em proporo freqncia:

- aumenta a potncia do motor 20%;

- a corrente nominal a mesma;

- a corrente de partida ser aproximadamente a mesma;

- o conjugado de partida ser aproximadamente o mesmo;

- o conjugado mximo ser aproximadamente o mesmo;

- a rotao nominal aumenta 20%.

Quando o motor for ligado em 60Hz com a bobinagem 50Hz, poderemosaumentar a potncia em 15% para II plos e 20% para IV, VI e VIII plos.

2.4 Tolerncia de variao de tenso efreqncia

Conforme norma NBR 7094:1996 (cap. 4 - item 4.3.3). Para os motores deinduo, as combinaes das variaes de tenso e de freqncia soclassificadas como Zona A ou Zona B, conforme figura 2.8.


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ESPECIFICAO

Figura 2.8 - Limites das variaes de tenso e de freqncia em funcionamento

Um motor deve ser capaz de desempenhar sua funo principal continuamentena Zona A, mas pode no atender completamente s suas caractersticasde desempenho tenso e freqncia nominais (ver ponto de caractersticasnominais na figura 2.8), apresentando alguns desvios. As elevaes detemperatura podem ser superiores quelas tenso e freqncia nominais.Um motor deve ser capaz de desempenhar sua funo principal na Zona B,mas pode apresentar desvios superiores queles da Zona A no que se referes caractersticas de desempenho tenso e freqncia nominais. Aselevaes de temperatura podem ser superiores s verificadas com tensoe freqncia nominais e muito provavelmente superiores quelas da Zona A.O funcionamento prolongado na periferia da Zona B no recomendado.

2.5 Limitao da corrente de partida emmotores trifsicos

Partida diretaA partida de um motor trifsico de gaiola, dever ser direta, por meio decontatores. Deve-se ter em conta que para um determinado motor, as curvasde conjugado e corrente so fixas, independente da carga, para uma tensoconstante.No caso em que a corrente de partida do motor elevada podem ocorrer asseguintes conseqncias prejudiciais:a) Elevada queda de tenso no sistema de alimentao da rede. Em funo

disto, provoca a interferncia em equipamentos instalados no sistema;b) O sistema de proteo (cabos, contatores) dever ser superdimensionado,ocasionando um custo elevado;

c) A imposio das concessionrias de energia eltrica que limitam aqueda de tenso da rede.

Caso a partida direta no seja possvel, devido aos problemas citadosacima, pode-se usar sistema de partida indireta para reduzir a corrente departida:- chave estrela-tringulo- chave compensadora- chave srie-paralelo- partida eletrnica (soft-starter)

2.5.1 Partida com chave estrela-tringulo( Y - )

fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligaoem dupla tenso, ou seja, em 220/380V, em 380/660V ou 440/760V. Osmotores devero ter no mnimo seis bornes de ligao. A partida estrela-tringulo poder ser usada quando a curva de conjugado do motor suficientemente elevada para poder garantir a acelerao da mquina coma corrente reduzida. Na ligao estrela, a corrente fica reduzida para 25 a

33% da corrente de partida na ligao tringulo. O conjugado resistente dacarga no poder ultrapassar o conjugado de partida do motor (figura 2.9),nem a corrente no instante da mudana para tringulo poder ser de valorinaceitvel. Existem casos onde este sistema de partida no pode serusado, conforme demonstra a figura 2.10.

Figura 2.9 - Corrente e conjugado para partida estrela-tringulo de um motorde gaiola acionando uma carga com conjugado resistente Cr.I - corrente em tringuloI Y - corrente em estrelaCY - conjugado em estrelaC - conjugado em tringuloCr - conjugado resistente

Na figura 2.9 temos um alto conjugado resistente Cr. Se a partida for emestrela, a motor acelera a carga aproximadamente at 85% da rotaonominal. Neste ponto, a chave dever ser ligada em tringulo. Neste caso,a corrente, que era aproximadamente a nominal, ou seja, 100%, saltarepentinamente para 320%, o que no nenhuma vantagem, uma vez que napartida era de somente 190%.

Figura 2.10


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Na figura 2.11 temos o motor com as mesmas caractersticas, porm, oconjugado resistente Cr bem menor. Na ligao Y, o motor acelera a cargaat 95% da rotao nominal. Quando a chave ligada em , a corrente, queera de aproximadamente 50%, sobe para 170%, ou seja, praticamente iguala da partida em Y. Neste caso, a ligao estrela-tringulo apresenta vantagem,porque se fosse ligado direto, absorveria da rede 600% da corrente nominal.A chave estrela-tringulo em geral s pode ser empregada em

partidas da mquina em vazio,isto , sem carga. Somente depois de teratingido pelo menos 90% da rotao nominal, a carga poder ser aplicada.

O instante da comutao de estrela para tringulo deve ser criteriosamentedeterminado, para que este mtodo de partida possa efetivamente servantajoso nos casos em que a partida direta no possvel. No caso demotores tripla tenso nominal (220/380/440/760V), deve-se optar pelaligao 220/380V ou 440/(760)V, dependendo da rede de alimentao.

Figura 2.11I - corrente em tringuloIY - corrente em estrelaC - conjugado em tringuloCY - conjugado em estrelaC/C

n- relao entre o conjugado do motor e o conjugao nominal

I/In

- relao entre a corrente de partida e a corrente nominalCr - conjugado resistente

Esquematicamente, a ligao estrela-tringulo num motor para uma rede de220V feita da maneira indicada na figura 2.12, notando-se que a tensopor fase durante a partida reduzida para 127V.

Figura 2.12

2.5.2 Partida com chave compensadora (auto-transformador)

A chave compensadora pode ser usada para a partida de motores sob carga.Ela reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga no circuito,deixando, porm, o motor com um conjugado suficiente para a partida e

acelerao. A tenso na chave compensadora reduzida atravs deautotransformador que possui normalmente taps de 50, 65 e 80% da tensonominal.Para os motores que partirem com uma tenso menor que a tenso nominal,a corrente e o conjugado de partida devem ser multiplicados pelos fatores K1(fator de multiplicao da corrente) e K

2(fator de multiplicao do conjugado)

obtidos no grfico da figura 2.13.

RELAO DE TENSES

Figura 2.13 - Fatores de reduo K1e K

2em funo das relaes de tenso

do motor e da rede Um/Un

Exemplo: Para 85% da tenso nominal

Ip

Ip

Ip

( ) = K1 . ( ) = 0,8 ( )In

85% In

100% In

100%

C C C( ) = K2 . ( ) = 0,66 ( )

Cn 85% Cn 100% Cn 100%

Figura 2.14 - Exemplo das caractersticas de desempenho de um motor de425cv, VI plos, quando parte com 85% da tenso


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ESPECIFICAO

2.5.3 Comparao entre chaves estrela-tringulo e compensadorasautomticas

1) Estrela tringulo (automtica)Vantagensa) A chave estrela-tringulo muito utilizada por seu custo reduzido.

b) No tem limite quanto ao seu nmero de manobras.c) Os componentes ocupam pouco espao.d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3.

Desvantagensa) A chave s pode ser aplicada a motores cujos seis bornes ou terminais

sejam acessveis.b) A tenso da rede deve coincidir com a tenso em tringulo do motor.c) Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente

nominal, reduz-se tambm o momento de partida para 1/3.d) Caso o motor no atingir pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o

pico de corrente na comutao de estrela para tringulo ser quase comose fosse uma partida direta, o que se torna prejudicial aos contatos doscontatores e no traz nenhuma vantagem para a rede eltrica.

2) Chave compensadora (automtica)Vantagensa) No tap de 65% a corrente de linha aproximadamente igual a da chave

estrela-tringulo, entretanto, na passagem da tenso reduzida para atenso da rede, o motor no desligado e o segundo pico bem reduzido,visto que o auto-transformador por curto tempo se torna uma reatncia.

b) possvel a variao do tap de 65 para 80% ou at para 90% da tensoda rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente.

Desvantagensa) A grande desvantagem a limitao de sua freqncia de manobras. Na

chave compensadora automtica sempre necessrio saber a suafreqncia de manobra para determinar o auto-transformador de acordo.

b) A chave compensadora bem mais cara do que a chave estrela-tringulo,devido ao auto-transformador.

c) Devido ao tamanho do auto-transformador, a construo se tornavolumosa, necessitando quadros maiores, o que torna o seu preo elevado.

2.5.4 Partida com chave srie-paraleloPara partida em srie-paralelo necessrio que o motor seja religvel paraduas tenses, a menor delas igual a da rede e a outra duas vezes maior.Este tipo de ligao exige nove terminais no motor e a tenso nominal maiscomum 220/440V, ou seja: durante a partida o motor ligado na configuraosrie at atingir sua rotao nominal e, ento, faz-se a comutao para aconfigurao paralelo.

2.5.5 Partida eletrnica (soft-starter)O avano da eletrnica permitiu a criao da chave de partida a estadoslido, a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR) (ou

combinaes de tiristores/diodos), um em cada borne de potncia do motor.O ngulo de disparo de cada par de tiristores controlado eletronicamentepara aplicar uma tenso varivel aos terminais do motor durante a acelerao.No final do perodo de partida, ajustvel tipicamente entre 2 e 30 segundos,a tenso atinge seu valor pleno aps uma acelerao suave ou uma rampaascendente, ao invs de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos.Com isso, consegue-se manter a corrente de partida (na linha) prxima danominal e com suave variao.Alm da vantagem do controle da tenso (corrente) durante a partida, achave eletrnica apresenta, tambm, a vantagem de no possuir partesmveis ou que gerem arco, como nas chaves mecnicas. Este um dospontos fortes das chaves eletrnicas, pois sua vida til torna-se maislonga.

Tabela 2.1 - Mtodos de Partida x Motores

Execuo Tenso Partida Partida Partida Partidados de com chave com chave com chave com

enrolamentos servio estrela- compensadora srie- Soft-startertringulo paralela

220/380 220V SIM SIM NO SIM380V NO SIM NO SIM

220/440/230/460 220V/230V/ NO SIM SIM SIM440V/460V NO SIM NO SIM

380/660 380V SIM SIM NO SIM

220/380/440/760 220V SIM SIM SIM SIM380 NO SIM NO SIM440 SIM SIM NO SIM

2.6 Sentido de rotao de motores de induotrifsicos

Um motor de induo trifsico trabalhar em qualquer sentido dependendoda conexo com a fonte eltrica. Para inverter o sentido de rotao, inverte-se qualquer par de conexes entre motor e fonte eltrica.Os motores WEG possuem ventilador bidirecional, proporcionando suaoperao em qualquer sentido de rotao, sem prejudicar a refrigerao domotor.


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3.1 Conjugados3.1.1 Curva conjugado X velocidadeDefinioO motor de induo tem conjugado igual a zero velocidade sncrona. medida que a carga vai aumentando, a rotao do motor vai caindogradativamente, at um ponto em que o conjugado atinge o valor mximoque o motor capaz de desenvolver em rotao normal. Se o conjugado dacarga aumentar mais, a rotao do motor cai bruscamente, podendo chegara travar o rotor. Representando num grfico a variao do conjugado com avelocidade para um motor normal, vamos obter uma curva com aspectorepresentado na figura 3.1.

Figura 3.1 - Curva conjugado x rotao

Co: Conjugado bsico - o conjugado calculado em funo da potncia e

velocidade sncrona.

716 x P (cv) 974 x P (kW)Co (Kgfm) = =

ns(rpm) n

s(rpm)

7024 x P (cv) 9555 x P (kW)Co (Nm) = =

ns(rpm) n

s(rpm)

Cn: Conjugado nominal ou de plena carga - o conjugado desenvolvidopelo motor potncia nominal, sob tenso e frequncia nominais.C

p: Conjugado com rotor bloqueado ou conjugado de partida ou, ainda,

conjugado de arranque - o conjugado mnimo desenvolvido pelo motorbloqueado, para todas as posies angulares do rotor, sob tenso efreqncia nominais.

Comentrios1) Esta definio leva em conta o fato de que o conjugado com o rotor

bloqueado pode variar um pouco conforme a posio em que se trava omotor.

2) Este conjugado pode ser expresso em Nm ou, mais comumente, emporcentagem do conjugado nominal.

Cp

(Nm)

Cp ( % ) = x 100Cn

(Nm)

3) Na prtica, o conjugado de rotor bloqueado deve ser o mais alto possvel,para que o rotor possa vencer a inrcia inicial da carga e possa aceler-la rapidamente, principalmente quando a partida com tenso reduzida.

Na curva abaixo destacamos e definimos alguns pontos importantes. Osvalores dos conjugados relativos a estes pontos so especificados pelanorma NBR 7094 da ABNT, e sero apresentados a seguir:C

min: Conjugado mnimo - o menor conjugado desenvolvido pelo motor

ao acelerar desde a velocidade zero at a velocidade correspondenteao conjugado mximo.Na prtica, este valor no deve ser muito baixo, isto , a curva no

deve apresentar uma depresso acentuada na acelerao, para que apartida no seja muito demorada, sobreaquecendo o motor,especialmente nos casos de alta inrcia ou partida com tensoreduzida.

Cmx : Conjugado mximo - o maior conjugado desenvolvido pelo motor,sob tenso e freqncia nominal, sem queda brusca de velocidade.Na prtica, o conjugado mximo deve ser o mais alto possvel, porduas razes principais:1) O motor deve ser capaz de vencer, sem grandes dificuldades,

eventuais picos de carga como pode acontecer em certasaplicaes, como em britadores, calandras, misturadores eoutras.

2) O motor no deve arriar, isto , perder bruscamente a velocidade,quando ocorrem quedas de tenso, momentaneamente,excessivas.

3.1.2 Categorias - valores mnimosnormalizados

Conforme as suas caractersticas de conjugado em relao velocidade ecorrente de partida, os motores de induo trifsicos com rotor de gaiola,so classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga.Estas categorias so definidas em norma (NBR 7094), e so as seguintes:

Categoria NConjugado de partida normal, corrente de partida normal; baixoescorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercadoe prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, mquinasoperatrizes, ventiladores.

Categoria HConjugado de partida alto, corrente de partida normal; baixo escorregamento.Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras,transportadores carregadores, cargas de alta inrcia, britadores, etc.

Categoria DConjugado de partida alta, corrente de partida normal; alto escorregamento(+ de 5%). Usados em prensas excntricas e mquinas semelhantes, ondea carga apresenta picos peridicos. Usados tambm em elevadores e cargasque necessitam de conjugados de partida muito altos e corrente de partidalimitada. As curvas conjugado X velocidade das diferentes categorias podemser vistas na figura 3.2.

Figura 3.2 - Curvas Conjugado X Velocidade, das diferentes categorias

Categoria NYEsta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria N, porm,

3. Caractersticas deacelerao


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ESPECIFICAO

previstos para partida estrela-tringulo. Para estes motores na ligao estrela,os valores mnimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugadomnimo de partida so iguais a 25% dos valores indicados para os motorescategoria N.

Categoria HYEsta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria H, porm.

previstos para partida estrela-tringulo. Para estes motores na ligao estrela,os valores mnimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugadomnimo de partida so iguais a 25% dos valores indicados para os motoresde categoria H.

Os valores mnimos de conjugado exigidos para motores das categorias Ne H (4, 6 e 8 plos), especificados pela norma NBR 7094, so mostradosnas tabelas 3.1 e 3.2.

Para motores da categoria D, de 4, 6 e 8 plos e potncia nominal igual ouinferior a 150cv, tem-se, segundo a NBR 7094, que: a razo do conjugadocom rotor bloqueado (C

p) para conjugado nominal (C

n) no deve ser inferior

a 2,75. A norma no especifica os valores de Cmn

e Cmx

.

A NBR 7094 no especifica os valores mnimos de conjugados exigidospara motores 2 plos, categorias H e D.

Tabela 3.1 - Conjugado com rotor bloqueado (Cp), conjugado mnimo de partida (Cmin) e conjugado mximo (Cmx ) de motores de categoria N, relativos aoconjugado nominal (C

n).

Nmero de plos 2 4 6 8

Faixa de potncias nominais C p C mn C mx C p C mn C mx C p C mn C mx C p C mn C mxkW cv pu

>0,4 0,63 > 0,54 0,63 1,9 1,3 2,0 2,0 1,4 2,0 1,7 1,2 1,7 1,5 1,1 1,6

> 0,63 1,0 > 0,86 1,4 1,8 1,2 2,0 1,9 1,3 2,0 1,7 1,2 1,8 1,5 1,1 1,7

> 1,0 1,6 > 1,4 2,2 1,8 1,2 2,0 1,9 1,3 2,0 1,6 1,1 1,9 1,4 1,0 1,8> 1,6 2,5 > 2,2 3,4 1,7 1,1 2,0 1,8 1,2 2,0 1,6 1,1 1,9 1,4 1,0 1,8

> 2,5 4,0 > 3,4 5,4 1,6 1,1 2,0 1,7 1,2 2,0 1,5 1,1 1,9 1,3 1,0 1,8

> 4,0 6,3 > 5,4 8,6 1,5 1,0 2,0 1,6 1,1 2,0 1,5 1,1 1,9 1,3 1,0 1,8

> 6,3 10 > 8,6 14 1,5 1,0 2,0 1,6 1,1 2,0 1,5 1,1 1,8 1,3 1,0 1,7

> 10 16 > 14 22 1,4 1,0 2,0 1,5 1,1 2,0 1,4 1,0 1,8 1,2 0,9 1,7

> 16 25 > 22 34 1,3 0,9 1,9 1,4 1,0 1,9 1,4 1,0 1,8 1,2 0,9 1,7

> 25 40 > 34 54 1,2 0,9 1,9 1,3 1,0 1,9 1,3 1,0 1,8 1,2 0,9 1,7

> 40 63 > 54 86 1,1 0,8 1,8 1,2 0,9 1,8 1,2 0,9 1,7 1,1 0,8 1,7

> 63 100 >86 140 1,0 0,7 1,8 1,1 0,8 1,8 1,1 0,8 1,7 1,0 0,7 1,6

> 100 160 > 140 220 0,9 0,9 1,7 1,0 0,8 1,7 1,0 0,8 1,7 0,9 0,7 1,6> 160 250 > 220 340 0,8 0,6 1,7 0,9 0,7 1,7 0,9 0,7 1,6 0,9 0,7 1,6

> 250 400 > 340 540 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1,6

> 400 630 > 540 860 0,65 0,5 1,6 0,65 0,5 1,6 0,65 0,5 1,6 0,65 0,6 1,6

Tabela 3.2 Conjugado com rotor bloqueado (Cp), conjugado mnimo de partida (C

mn) e mximo ( C

mx), para motores de categoria H, relativos ao conjugado

nominal (Cn).

Nmero de plos 4 6 8

Faixa de potncias nominais C p C mn C mx C p C mn C mx C p C mn C mxkW cv pu

>0,4 0,63 > 0,54 0,63 3,0 2,1 2,1 2,55 1,8 1,9 2,25 1,65 1,9

> 0,63 1,0 > 0,86 1,4 2,85 1,95 2,0 2,55 1,8 1,9 2,25 1,65 1,9

> 1,0 1,6 > 1,4 2,2 2,85 1,95 2,0 2,4 1,65 1,9 2,1 1,5 1,9

> 1,6 2,5 > 2,2 3,4 2,7 1,8 2,0 2,4 1,65 1,9 2,1 1,5 1,9

> 2,5 4,0 > 3,4 5,4 2,55 1,8 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1,9

> 4,0 6,3 > 5,4 8,6 2,4 1,65 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1,9

> 6,3 10 > 8,6 14 2,4 1,65 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1,9

> 10 16 > 14 22 2,25 1,65 2,0 2,1 1,5 1,9 2,0 1,4 1,9

> 16 25 > 22 34 2,1 1,5 1,9 2,1 1,5 1,9 2,0 1,4 1,9

> 25 40 > 34 54 2,0 1,5 1,9 2,0 1,5 1,9 2,0 1,4 1,9

> 40 63 > 54 86 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9

> 63 100 >86 140 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9> 100 160 > 140 220 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9

Notas: a) os valores de Cp/Cn so iguais a 1, 5 vezes os valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 2,0;b) os valores de Cmn/Cn so iguais a 1,5 vezes os valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 1,4;c) os valores de Cmx/Cn so iguais aos valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 1,9 ou ao valor correspondente de Cmn/Cn.


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3.1.3 Caractersticas dos motores WEGEmbora os motores WEG sejam, na sua maioria, declarados como pertencendo categoria N, a exemplo da maioria dos motores encontrados no mercado,os valores reais tpicos dos conjugados excedem em muito os exigidos emnorma. Na maioria dos casos excedem at mesmo, os mnimos exigidospara a categoria H. Isto significa uma curva conjugado x velocidade bastantealta, trazendo as seguintes vantagens:

1) Rpida acelerao em caso de partida pesada, como bombas de pisto,esteiras carregadas, cargas de alta inrcia, compressores com vlvulasabertas, etc.

2) Atendimentos de casos especiais, como os mencionados acima, commotores padro de estoque, com vantagens de preo, prazo e entrega.

3) Permitem o uso de sistemas de partida com tenso reduzida, comochaves estrela-tringulo, em casos normais, sem prejuzo da perfeitaacelerao da carga.

4) Devido ao elevado valor do conjugado mximo, enfrentam, sem perdabrusca de rotao, os picos momentneos de carga e as quedas detenso passageiras. Isto fundamental para o acionamento de mquinassujeitas a grandes picos de carga, como britadores, calandras, etc.

3.2 Inrcia da cargaO momento de inrcia da carga acionada uma das caractersticas

fundamentais para verificar, atravs do tempo de acelerao, se o motorconsegue acionar a carga dentro das condies exigidas pelo ambiente oupela estabilidade trmica do material isolante.Momento de inrcia uma medida da resistncia que um corpo oferece auma mudana em seu movimento de rotao em torno de um dado eixo.Depende do eixo em torno do qual ele est girando e, tambm, da forma docorpo e da maneira como sua massa est distribuda. A unidade do momentode inrcia kgm2.O momento de inrcia total do sistema a soma dos momentos de inrciada carga e do motor ( J

t= J

m+ J

c).

No caso de uma mquina que tem rotao diferente do motor (por exemplo,nos casos de acionamento por polias ou engrenagens), dever ser referidaa rotao nominal do motor conforme abaixo:

MOMENTO DE INRCIA EM ROTAES DIFERENTES

Figura 3.3 - Momento de inrcia em rotaes diferentes

Nc

Jce = Jc ( )2 ( kgm2 )

Nn

Figura 3.4 - Momento de inrcia em velocidades diferentes

Nc

N1

N2

N3

Jce

= Jc( )2+ J

1( )2+ J

2( )2 + J

3( )2

Nn

Nn

Nn

Nn

onde: Jce

- Momento de inrcia da carga referido ao eixo do motor

Jc

- Momento de inrcia da carga

Nc

- Rotao da carga

Nn - Rotao nominal do motor

Jt= J

m+ J

ce

A inrcia total de uma carga um importante fator para a determinao dotempo de acelerao.

3.3 Tempo de aceleraoPara verificar se o motor consegue acionar a carga, ou para dimensionaruma instalao, equipamento de partida ou sistema de proteo, necessriosaber o tempo de acelerao (desde o instante em que o equipamento acionado at ser atingida a rotao nominal).O tempo de acelerao pode ser determinado de maneira aproximada peloconjugado mdio de acelerao.

2 . rps . Jt 2 . rps . ( Jm + Jce )ta

= = C

a( C

mmed- C

rmed)

ta

- tempo de acelerao em segundos

J t - momento de inrcia total em kgm2

rps - rotao nominal em rotaes por segundo

Cmmed

- conjugado mdio de acelerao do motor em N.m.

Crmed

- conjugado mdio de acelerao de carga referido a eixo em N.m.

Jm - momento de inrcia do motor

Jce

- momento de inrcia da carga referido ao eixo

Ca

- conjugado mdio de acelerao

O conjugado mdio de acelerao obtm-se a partir da diferena entre oconjugado do motor e o conjugado da carga. Seu valor deveria ser calculadopara cada intervalo de rotao (a somatria dos intervalos forneceria otempo total de acelerao). Porm, na prtica, suficiente que se calculegraficamente o conjugado mdio, isto , a diferena entre a mdia doconjugado do motor e a mdia do conjugado da carga. Essa mdia pode serobtida, graficamente, bastando que se observe que a soma das reas A

1e A

2seja igual a rea A

3e que a rea B

1seja igual a rea B

2(ver figura 3.5).

Cn

= Conjugado nominal

Cm = Conjugado do motor

Cr

= Conjugado da carga

Ca

= Conjugado mdio de acelerao

Nn = Rotao nominal

Figura 3.5 - Determinao grfica do conjugado mdio de acelerao


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D-19

ESPECIFICAO

3.4 Regime de partidaDevido ao valor elevado da corrente de partida dos motores de induo, otempo gasto na acelerao de cargas de inrcia aprecivel resulta na elevaorpida da temperatura do motor. Se o intervalo entre partidas sucessivas formuito reduzido, isto levar a uma acelerao de temperatura excessiva nosenrolamentos, danificando-os ou reduzindo a sua vida til. A norma NBR7094 estabelece um regime de partida mnimo que os motores devem ser

capazes de realizar:a) Duas partidas sucessivas, sendo a primeira feita com o motor frio, isto, com seus enrolamentos temperatura ambiente e a segunda logo aseguir, porm, aps o motor ter desacelerado at o repouso.

b) Uma partida com o motor quente, ou seja, com os enrolamentos temperatura de regime.

A primeira condio simula o caso em que a primeira partida do motor malograda, por exemplo, pelo desligamento da proteo, permitindo-se umasegunda tentativa logo a seguir. A segunda condio simula o caso de umdesligamento acidental do motor em funcionamento normal, por exemplo,por falta de energia na rede, permitindo-se retomar o funcionamento logoaps o restabelecimento da energia. Como o aquecimento durante a partidadepende da inrcia das partes girantes da carga acionada, a norma estabeleceos valores mximos de inrcia da carga para os quais o motor deve sercapaz de cumprir as condies acima. Os valores fixados para motores de

2, 4, 6 e 8 plos esto indicados na tabela 3.3.Tabela 3.3 - Momento de inrcia (J)

Nmero de plos

Potencia nominal

2 4 6 8

kW cv kgm2

0,4 0,54 0,018 0,099 0,273 0,561

0,63 0,86 0,026 0,149 0,411 0,845

1,0 1,4 0,040 0,226 0,624 1,28

1,6 2,2 0,061 0,345 0,952 1,95

2,5 3,4 0,091 0,516 1,42 2,924,0 5,4 0,139 0,788 2,17 4,46

6,3 8,6 0,210 1,19 3,27 6,71

10 14 0,318 1,80 4,95 10,2

18 22 0,485 2,74 7,56 15,5

25 34 0,725 4,10 11,3 23,2

40 54 1,11 6,26 17,2 35,4

63 86 1,67 9,42 26,0 53,3

100 140 2,52 14,3 39,3 80,8

160 220 3,85 21,8 60,1 123

250 340 5,76 32,6 89,7 184

400 540 8,79 49,7 137 281

630 860 13,2 74,8 206 423

Notasa) Os valores so dados em funo de massa-raio ao quadrado. Eles

foram calculados a partir da frmula:

J = 0,04 . P 0.9 . p 2,5

onde: P - potncia nominal em Kwp - nmero de pares de plos

b) Para valores intermedirios de potncia nominal, o momento de inrciaexterno, deve ser calculado pela frmula da nota a.

Para cargas com inrcia maior que o valor de referncia da tabela 3.3, o quepode ocorrer, principalmente nas potncias maiores ou para determinaodo nmero de partidas permitidas por hora, dever ser consultada a nossaengenharia de aplicao, indicando os seguintes dados da aplicao:m Potncia requerida pela carga. Se o regime for intermitente, ver o ltimo

item: regime de funcionamento.m Rotao da mquina acionada.

m Transmisso: direta, correia plana, correias V, corrente, etc.w Relao de transmisso com croquis das dimenses e distncias

das polias, se for transmisso por correia.w Cargas radiais anormais aplicadas ponta do eixo: trao da correia

em transmisses especiais, peas pesadas, presas ao eixo, etc.w Cargas axiais aplicadas ponta do eixo: transmisses por

engrenagem helicoidal, empuxos hidrulicos de bombas, peas

rotativas pesadas em montagem vertical, etc.m Forma construtivas se no for B3D, indicar o cdigo da forma construtivautilizada.

m Conjugados de partida e mximos necessrios:w Descrio do equipamento acionado e condies de utilizao.w Momento de inrcia ou GD2das partes mveis do equipamento, e

a rotao a que est referida.m Regime de funcionamento, no se tratando de regime contnuo, descrever

detalhadamente o perodo tpico do regime, no esquecendo deespecificar:w Potncia requerida e durao de cada perodo com carga;w Durao dos perodos sem carga (motor em vazio ou motor

desligado);w Reverses do sentido de rotao;w Frenagem em contra-corrente.

3.5 Corrente de rotor bloqueado

3.5.1 Valores mximos normalizadosOs limites mximos da corrente com rotor bloqueado, em funo da potncianominal do motor e vlidos para qualquer nmeros de plos, esto indicadosna tabela 3.4, expressos em termos da potncia aparente absorvida comrotor bloqueado em relao potncia nominal, kVA/cv ou kVA/kW.

Potncia aparente com rotor bloqueadokVA/cv =

Potncia nominal

3 Ip . U 3 . Ip . UkVA/cv = ; kVA/kW =

P (cv) . 1000 P (kW) . 1000

sendo: Ip

- Corrente de rotor bloqueado, ou corrente de partidaU - Tenso nominal (V)P - Potncia nominal (cv ou kW)

Tabela 3.4 - Potncia aparente com rotor bloqueado (Sp/Pn) para motorestrifsicos

Faixa de potncias nominais Sp / SnkW cv kVA/cv kVA/kW

> 0,4 6,3 > 0,54 8,6 9,6 13

> 6,3 25 > 8,6 34 8,8 12

> 25 63 > 34 140 8,1 11

> 63 630 > 140 860 7,4 10


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D-20

4.1 Introduo

A relao entre velocidade, freqncia, nmero de plos e escorregamento expressa por2

n = . f . 60 . ( 1 - s )( 2p )

onde: n = rpmf = freqncia (Hz)2p = nmero de ploss = escorregamento

Analisando a frmula, podemos ver que para regular a velocidade de ummotor assncrono, podemos atuar nos seguintes parmetros:a) 2p = nmero de plosb) s = escorregamento

c) f = freqncia da tenso (Hz)

4.2 Variao do nmero de plosExistem trs modos de variar o nmero de plos de um motor assncrono,quais sejam:- enrolamentos separados no estator- um enrolamento com comutao de plos- combinao dos dois anteriores.Em todos esses casos, a regulao de velocidade ser discreta, sem perdas,porm, a carcaa ser maior do que a de um motor de velocidade nica.

4.2.1 Motores de duas velocidades comenrolamentos separados

Esta verso apresenta a vantagem de se combinar enrolamentos com qualquer

nmero de plos, porm, limitada pelo dimensionamento eletromagnticodo ncleo (estator/rotor) e carcaa geralmente bem maior que o de velocidadenica.

4.2.2 Motores de duas velocidades comenrolamento por comutao de plos

O sistema mais comum que se apresenta o denominado ligaoDahlander. Esta ligao implica numa relao de plos de 1:2 comconsequente relao de rotao de 1:2.Podem ser ligadas da seguinte forma (figura 4.1):

- Conjugado constanteO conjugado nas duas rotaes constante e a relao de potncia daordem de 0,63:1. Neste caso o motor tem uma ligao de /YY.Exemplo: Motor 0,63/1cv - IV/II plos - /YY.

Este caso se presta as aplicaes cuja curva de torque da carga permanececonstante com a rotao.

- Potncia constanteNeste caso, a relao de conjugado 1:2 e a potncia permanece constante.O motor possui uma ligao YY/Exemplo: 10/10cv - IV/II plos - YY/.

- Conjugado varivelNeste caso, a relao de potncia ser de aproximadamente 1:4. muitoaplicado s cargas como bombas, ventiladores.Sua ligao Y/YY.Exemplo: 1/4cv - IV/II plos - Y/YY.

Figura 4.1 - Resumo das ligaes Dahlander

4.2.3 Motores com mais de duas velocidades possvel combinar um enrolamento Dahlander com um enrolamento simplesou mais. Entretanto, no comum, e somente utilizado em aplicaesespeciais.

4.3 Variao do escorregamentoNeste caso, a velocidade do campo girante mantida constante, e avelocidade do rotor alterada de acordo com as condies exigidas pelacarga, que podem ser:a) variao da resistncia rotricab) variao da tenso do estator

c) variao de ambas, simultaneamente.Estas variaes so conseguidas atravs do aumento das perdas rotricas,o que limita a utilizao desse sistema.

4.3.1 Variao da resistncia rotricaUtilizado em motores de anis. Baseia-se na seguinte equao:

3R2I2

2p

j2s = =

o . T o . T

onde: pj2

= Perdas rotricas (W)o = Rotao sncrona em rd/sT = Torque ou conjugado do rotorR

2= Resistncia rotrica (ohms)

I2 = Corrente rotricas (A)

A insero de uma resistncia externa no rotor faz com que o motor aumenteo S, provocando a variao de velocidade.

4. Regulagem da velocidade demotores assncronos deinduo


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ESPECIFICAO

Na figura a seguir, vemos o efeito do aumento do R2.

Figura 4.2 - Curva de conjugado com variao da resistncia rotrica4.3.2 Variao da tenso do estator um sistema pouco utilizado, uma vez que tambm gera perdas rotricas ea faixa de variao de velocidade pequena.

4.4 Inversores de freqnciaMaiores informaes sobre o uso de inversores de freqncia para controlede velocidade, ver captulo 9.3.


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5.1 Elevao de temperatura, classe de isola-mento

5.1.1 Aquecimento do enrolamento

PerdasA potncia til fornecida pelo motor na ponta do eixo menor que a potnciaque o motor absorve da linha de alimentao, isto , o rendimento do motor sempre inferior a 100%. A diferena entre as duas potncias representa asperdas, que so transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento edeve ser dissipado para fora do motor, para evitar que a elevao detemperatura seja excessiva. O mesmo acontece em todos os tipos demotores. No motor de automvel, por exemplo, o calor gerado pelas perdasinternas tem que ser retirado do bloco pelo sistema de circulao de guacom radiador ou pela ventoinha, em motores resfriados a ar.

Dissipao do calorO calor gerado pelas perdas no interior do motor dissipado para o arambiente atravs da superfcie externa da carcaa. Em motores fechados

essa dissipao normalmente auxiliada pelo ventilador montado no prprioeixo do motor. Uma boa dissipao depende:m da eficincia do sistema de ventilao;m da rea total de dissipao da carcaa;m da diferena de temperatura entre a superfcie externa da carcaa e do

ar ambiente (text

- ta).

a) O sistema de ventilao bem projetado, alm de ter um ventiladoreficiente, capaz de movimentar grande volume de ar, deve dirigir essear de modo a varrer toda a superfcie da carcaa, onde se d a trocade calor. De nada adianta um grande volume de ar se ele se espalhasem retirar o calor do motor.

b) A rea total de dissipao deve ser a maior possvel. Entretanto, ummotor com uma carcaa muito grande, para obter maior rea, seria

muito caro e pesado, alm de ocupar muito espao. Por isso, a rea dedissipao disponvel limitada pela necessidade de fabricar motorespequenos e leves. Isso compensado em parte, aumentando-se a readisponvel por meio de aletas de resfriamento, fundidas com a carcaa.

c) Um sistema de resfriamento eficiente aquele que consegue dissipara maior quantidade de calor disponvel, atravs da menor rea dedissipao. Para isso, necessrio que a queda interna de temperatura,mostrada na figura 5.1, seja minimizada. Isto quer dizer que deve haveruma boa transferncia de calor do interior do motor at a superfcieexterna.

O que realmente queremos limitar a elevao da temperatura no enrolamentosobre a temperatura do ar ambiente. Esta diferena total ( t) comumentechamada elevao de temperatura do motor e, como indicado na figura5.1, vale a soma da queda interna com a queda externa.

Figura 5.1

Como vimos, interessa reduzir a queda interna (melhorar a transferncia decalor) para poder ter uma queda externa maior possvel, pois esta querealmente ajuda a dissipar o calor. A queda interna de temperatura dependede diversos fatores como indica a figura 5.1, onde as temperaturas decertos pontos importantes do motor esto representadas e explicadas aseguir:A - Ponto mais quente do enrolamento, no interior da ranhura, onde

gerado o calor proveniente das perdas nos condutores.AB - Queda de temperatura na transferncia de calor do ponto maisquente at os fios externos. Como o ar um pssimo condutor decalor, importante que no haja vazios no interior da ranhura,isto , as bobinas devem ser compactas e a impregnao comverniz deve ser perfeita.

B - Queda atravs do isolamento da ranhura e no contato deste com oscondutores de um lado, e com as chapas do ncleo, do outro. Oemprego de materiais modernos melhora a transmisso de caloratravs do isolante; a impregnao perfeita, melhora o contato dolado interno, eliminando espaos vazios; o bom alinhamento daschapas estampadas, melhora o contato do lado externo, eliminandocamadas de ar que prejudicam a transferncia de calor.

BC - Queda de temperatura por transmisso atravs do material daschapas do ncleo.

C - Queda no contato entre o ncleo e a carcaa. A conduo de calorser tanto melhor quanto mais perfeito for o contato entre as partes,dependendo do bom alinhamento das chapas, e preciso dausinagem da carcaa. Superfcies irregulares deixam espaos vaziosentre elas, resultando mau contato e, portanto, m conduo docalor e elevada queda de temperatura neste ponto.

CD - Queda de temperatura por transmisso atravs da espessura dacarcaa.

Graas a um projeto moderno, uso de materiais avanados, processos defabricao aprimorados, sob um permanente Controle de Qualidade, osmotores WEG apresentam uma excelente transferncia de calor do interiorpara a superfcie, eliminando pontos quentes no enrolamento.

Temperatura externa do motorEra comum, antigamente, verificar o aquecimento do motor, medindo, com

a mo, a temperatura externa da carcaa. Em motores modernos, estemtodo primitivo completamente errado. Como vimos anteriormente, oscritrios modernos de projeto, procuram aprimorar a transmisso de calorinternamente, de modo que a temperatura do enrolamento fique pouco acimada temperatura externa da carcaa, onde ela realmente contribui para dissiparas perdas. Em resumo, a temperatura da carcaa no d indicao doaquecimento interno do motor, nem de sua qualidade. Um motor frio por forapode ter perdas maiores e temperatura mais alta no enrolamento do que ummotor exteriormente quente.

5.1.2 Vida til do motorSendo o motor de induo, uma mquina robusta e de construo simples,a sua vida til depende quase exclusivamente da vida til da isolao dosenrolamentos. Esta afetada por muitos fatores, como umidade, vibraes,ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais importante

, sem dvida a temperatura de trabalho dos materiais isolantes empregados.Um aumento de 8 a 10 graus na temperatura da isolao reduz sua vida tilpela metade.Quando falamos em diminuio da vida til do motor, no nos referimos stemperaturas elevadas, quando o isolante se queima e o enrolamento destrudo de repente. Vida til da isolao (em termos de temperatura detrabalho, bem abaixo daquela em que o material se queima), refere-se aoenvelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando ressecado, perdendoo poder isolante, at que no suporte mais a tenso aplicada e produza ocurto-circuito.A experincia mostra que a isolao tem uma durao praticamente ilimitada,se a sua temperatura for mantida abaixo de um certo limite. Acima destevalor, a vida til da isolao vai se tornando cada vez mais curta, medidaque a temperatura de trabalho mais alta. Este limite de temperatura muito mais baixo que a temperatura de queima do isolante e depende dotipo de material empregado.Esta limitao de temperatura se refere ao ponto mais quente da isolao eno necessariamente ao enrolamento todo. Evidentemente, basta um pontofraco no interior da bobina para que o enrolamento fique inutilizado.

5. Caractersticas em regime


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ESPECIFICAO

5.1.3 Classes de isolamentoDefinio das classesComo foi visto anteriormente, o limite de temperatura depende do tipo dematerial empregado. Para fins de normalizao, os materiais isolantes e ossistemas de isolamento (cada um formado pela combinao de vriosmateriais) so agrupados em CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definidapelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que

o material pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida til.As classes de isolamento utilizadas em mquinas eltricas e os respectivoslimites de temperatura conforme NBR-7094, so as seguintes:

Classe A (105 C)Classe E (120 C)Classe B (130 C)Classe F (155 C)Classe H (180 C)

As classes B e F so as comumente utilizadas em motores normais.

5.1.4 Medida de elevao de temperatura doenrolamento

muito difcil medir a temperatura do enrolamento com termmetros outermopares, pois a temperatura varia de um ponto a outro e nunca se sabe seo ponto da medio est prximo do ponto mais quente. O mtodo mais

preciso e mais confivel de se medir a temperatura de um enrolamento atravs da variao de sua resistncia hmica com a temperatura, queaproveita a propriedade dos condutores de variar sua resistncia, segundouma lei conhecida. A elevao da temperatura pelo mtodo da resistncia, calculada por meio da seguinte frmula, para condutores de cobre:

R2

- R1

t = t2 - ta = ( 235 + t1 ) + t1 - taR

1

onde: t = a elevao de temperatura;t1

= a temperatura do enrolamento antes do ensaio, praticamenteigual a do meio refrigerante, medida por termmetro;

t2

= a temperatura dos enrolamentos no fim do ensaio;

ta = a temperatura do meio refrigerante no fim do ensaio;R1

= Resistncia do enrolamento antes do ensaio;R

2= Resistncia do enrolamento no fim do ensaio.

5.1.5 Aplicao a motores eltricosA temperatura do ponto mais quente do enrolamento deve ser mantidaabaixo do limite da classe. A temperatura total vale a soma da temperaturaambiente com a elevao de temperatura t mais a diferena que existeentre a temperatura mdia do enrolamento e a do ponto mais quente. Asnormas de motores fixam a mxima elevao de temperatura t, de modoque a temperatura do ponto mais quente fica limitada, baseada nas seguintesconsideraes:a) A temperatura ambiente , no mximo 40 oC, por norma, e acima disso

as condies de trabalho so consideradas especiais.b) A diferena entre a temperatura mdia e a do ponto mais quente no

varia muito de motor para motor e seu valor estabelecido em norma,baseado na prtica 5 oC, para as classes A e E, 10 oC para as classesB, F e H.

As normas de motores, portanto, estabelecem um mximo para a temperaturaambiente e especificam uma elevao de temperatura mxima para cadaclasse de isolamento. Deste modo, fica indiretamente limitada a temperaturado ponto mais quente do motor. Os valores numricos e a composio datemperatura admissvel do ponto mais quente, so indicados na tabela 5.1abaixo:

Tabela 5.1 - Composio da temperatura em funo da classe de isolamento

Classe de isolamento A E B F H

Temperatura ambiente oC 40 40 40 40 40

t = elevao de temperatura(mtodo da resistncia) oC 60 75 80 105 125

Diferena entre o ponto mais quentee a temperatura mdia oC 5 5 10 10 15

Total: temperatura do pontomais quente oC 105 120 130 155 180

Para motores de construo naval, devero ser obedecidos todos os detalhesparticulares de cada entidade classificadora, conforme tabela 5.2.

Tabela 5.2 - Correo das temperaturas para rotores navais

Mxima sobreelevao deEntidades Mxima temperatura permitida por classe

classificadoras temperatura de isolamento,

para uso naval ambiente t en oCoC ta (mtodo de variao

de resistncia)

A E B F

Germanischer Lloyd 45 55 70 75 96

American Bureau of Shipping 50 55 65 75 95

Bureau Vritas 50 50 65 70 90

Norske Vritas 45 50 65 70 90

Lloyds Register of Shipping 45 50 65 70 90

RINa 45 50 70 75

5.2 Proteo trmica de motores eltricosOs motores utilizados em regime contnuo devem ser protegidos contrasobrecargas por um dispositivo integrante do motor, ou um dispositivo deproteo independente, geralmente com rel trmico com corrente nominalou de ajuste, igual ou inferior ao valor obtido multiplicando-se a correntenominal de alimentao a plena carga por:- 1.25: para motores com fator de servio igual ou superior a 1.15;- 1.15: para motores com fator de servio igual a 1.0 (NBR 5410)A proteo trmica efetuada por meio de termoresistncias (resistnciacalibrada), termistores, termostatos ou protetores trmicos. Os tipos dedetetores a serem utilizados so determinados em funo da classe detemperatura do isolamento empregado, de cada tipo de mquina e da exignciado cliente.

TIPO DE PROTETORES UTILIZADOS PELA WEG:

5.2.1 Termorresistores (PT-100)So elementos onde sua operao baseada na caracterstica de variaoda resistncia com a temperatura, intrnseca a alguns materiais (geralmenteplatina, nquel ou cobre). Possuem resistncia calibrada, que varialinearmente com a temperatura, possibilitando um acompanhamento contnuodo processo de aquecimento do motor pelo display do controlador, com altograu de preciso e sensibilidade de resposta. Sua aplicao ampla nosdiversos setores de tcnicas de medio e automatizao de temperaturanas indstrias em geral. Geralmente, aplica-se em instalaes de granderesponsabilidade como, por exemplo, em regime intermitente muito irregular.Um mesmo detector pode servir para alarme e para desligamento.So obrigatrios em motores de segurana aumentada.

Desvantagem

Os elementos sensores e os circuitos de controle, possuem um alto custo.Figura 5.2 - Visualizao do aspecto interno e externo dos termoresistores

A variao da temperatura poder ser obtida com a frmula

100 - rt C =

0,385


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5.2.2 Termistores (PTC e NTC)So detectores trmicos compostos de sensores semicondutores que variamsua resistncia bruscamente ao atingirem uma determinada temperatura.PTC - coeficiente de temperatura positivoNTC - coeficiente de temperatura negativoO tipo PTC um termistor cuja resistncia aumenta bruscamente para umvalor bem definido de temperatura, especificado para cada tipo. Essa variaobrusca na resistncia interrompe a corrente no PTC, acionando um rel desada, o qual desliga o circuito principal. Tambm pode ser utilizado parasistemas de alarme ou alarme e desligamento (2 por fase). Para o termistorNTC acontece o contrrio do PTC, porm, sua aplicao no normal emmotores eltricos, pois os circuitos eletrnicos de controle disponveis,geralmente so para o PTC.Os termistores possuem tamanho reduzido, no sofrem desgastes mecnicose tm uma resposta mais rpida em relao aos outros detectores, emborano permitam um acompanhamento contnuo do processo de aquecimentodo motor. Os termistores com seus respectivos circuitos eletrnicos decontrole oferecem proteo completa contra sobreaquecimento produzidopor falta de fase, sobrecarga, sub ou sobretenses ou freqentes operaesde reverso ou liga-desliga. Possuem um baixo custo, relativamente ao dotipo Pt-100, porm, necessitam de rel para comando da atuao do alarmeou operao.

Figura 5.3 - Visualizao do aspecto externo dos termistores

5.2.3 TermostatosSo detetores trmicos do tipo bimetlico com contatos de prata normalmentefechados, que se abrem quando ocorre determinada elevao de temperatura.Quando a temperatura de atuao do bimetlico baixar, este volta a suaforma original instantaneamente, permitindo o fechamento dos contatosnovamente. Os termostatos podem ser destinados para sistemas de alarme,

desligamento ou ambos (alarme e desligamento) de motores eltricostrifsicos, quando solicitado pelo cliente. So ligados em srie com bobinado contator. Dependendo do grau de segurana e da especificao do cliente,podem ser utilizados trs termostatos (um por fase) ou seis termostatos(grupos de dois por fase).Para operar em alarme e desligamento (dois termostatos por fase), ostermostatos de alarme devem ser apropriados para atuao na elevao detemperatura prevista do motor, enquanto que os termostatos de desligamentodevero atuar na temperatura mxima do material isolante.

Figura 5.4 - Visualizao do aspecto interno e externo do termostato

Os termostatos tambm so utilizados em aplicaes especiais de motoresmonofsicos. Nestas aplicaes, o termostato pode ser ligado em sriecom a alimentao do motor, desde que a corrente do motor no ultrapassea mxima corrente admissvel do termostato. Caso isto ocorra, liga-se otermostato em srie com a bobina do contator. Os termostatos so instaladosnas cabeas de bobinas de fases diferentes.

Figura 5.5 - Instalao do termostato na cabea da bobina

5.2.4 Protetores trmicosSo do tipo bimetlico com contatos normalmente fechados. Utilizados,principalmente, para proteo contra sobreaquecimento em motores de

induo monofsicos, provocado por sobrecargas, travamento do rotor, quedasde tenso, etc. So aplicados quando especificados pelo cliente. O protetortrmico consiste basicamente em um disco bimetlico que possui doiscontatos mveis, uma resistncia e um par de contatos fixos.O protetor ligado em srie com a alimentao e, devido dissipaotrmica causada pela passagem da corrente atravs da resistncia internadeste, ocorre uma deformao do disco, tal que, os contatos se abrem e aalimentao do motor interrompida. Aps ser atingida uma temperaturainferior especificada, o protetor deve religar. Em funo de religamento,pode haver dois tipos de protetores:a) Protetor com religamento automtico, onde o rearme realizado

automaticamente.b) Protetor com religamento manual, onde o rearme realizado atravs de

um dispositivo manual.

Figura 5.6 - Visualizao do aspecto interno do protetor trmico

O protetor trmico tambm tem aplicao em motores trifsicos, porm,apenas em motores com ligao Y. O

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