7/29/2019 Apostila 04 Eletricidade Acionamento Motores

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Como se pode converter energia eltricaem energia mecnica? Considere a situao descrita a seguir.

Tic-tac, blamp-blump, zuuuummmm... So as mquinas em movimento.

o movimento automatizado das mquinas que substitui na prticao trabalho humano.

Vamos examinar o trabalho mecnico das mquinas. Quando as lminas deum liquidificador giram para triturar uma fruta, ou quando um rob ergue umapea, podemos dizer que essas mquinas esto desenvolvendo sua capacidadede trabalho mecnico, isto , sua energia mecnica. Mas energia alguma coisamuito sria para ser produzida por uma mquina.

Em geral, as mquinas no produzem energia. Elas apenas convertem a energiaque recebem em outra forma de energia. As mquinas eltricas convertem energia

eltrica em energia mecnica para poderem trabalhar. Pode reparar: o liquidificadortem l um motorzinho que gira quando ligado na tomada, o rob tem motoreseltricos que so acionados para movimentar mecanismos que erguem, giram,agarram e soltam. E outras mquinas tambm possuem motores eltricos que soos responsveis pela converso da energia eltrica em energia mecnica.

Nesta aula, vamos estudar o princpio de funcionamento dos motoreseltricos, to importantes para a automao de equipamentos e processos defabricao quanto os motores a combusto para os automveis. Sem eles,simplesmente no haveria automao. Apresentaremos tambm alguns dosmodelos de motores eltricos existentes, destacando suas diferenas e aplicaes.

Princpiode funcionamento

O funcionamento dos moto-res se baseia num princpio fsicorelativo ao campo magnticogerado ao redor de um condutorquando percorrido por uma cor-rente eltrica.

Eletricidade:

acionamento de

motores eltricos

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Um problema

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A U L A Campos magnticos de mesma polaridade se repelem e campos magnticosde polaridade diferente se atraem.

A finalidade de um motor eltrico gerar movimento. Assim, sua construodeve prever peas mveis que se movimentem de acordo com o campomagntico gerado pela corrente eltrica que percorre os condutores do motor.

Os elementos bsicos de um motor so:

EstatorEstatorEstatorEstatorEstator - pelo nome, podemos deduzir que se trata de uma parte fixa.Nesta parte do motor normalmente existem campos magnticos fixos, criados

por ms permanentes ou eletrom.RotorRotorRotorRotorRotor - uma parte mvel do motor, ligada ao eixo de transmisso de

movimento. Nesta parte do motor normalmente existem bobinas, percorridaspor correntes eltricas que geram campos magnticos. Em funo da polaridade,os campos magnticos submetem o rotor a foras de atrao e repulso,produzindo o movimento giratrio do rotor.

Coletor ou comutadorColetor ou comutadorColetor ou comutadorColetor ou comutadorColetor ou comutador-esta parte do motor liga as bobinas rede eltrica,de modo que o rotor se movimenta sem curtos-circuitos nos fios ligados rede eltrica.

BobinasBobinasBobinasBobinasBobinas - so enrolamentos de condutores percorridos por correnteeltrica. Devido ao fluxo de eltrons, os enrolamentos ficam submetidosa um campo magntico que interage com o campo magntico do estator,gerando o movimento desejado.

EscovasEscovasEscovasEscovasEscovas so contatos do comutador.

Em resumo, o magnetismo de ms em movimento gera corrente eltrica emcircuitos fechados ou bobinas de condutores. Tambm ocorre o efeito contrrio:corrente eltrica num condutor gera magnetismo ao seu redor, formandoum campo magnticocampo magnticocampo magnticocampo magnticocampo magntico.

Campomagntico: espao

localizado ao redor

de um m ou de

um fio percorrido

por corrente

eltrica, e no qual

ocorrem fenmenos

magnticos de

atrao e repulso

entre corpos.

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A U L AOs motores so construdos para que se possa aproveitar os efeitos magnticosda corrente eltrica.

Motores de corrente contnua

Como voc pode ver na figura a seguir, o motor de corrente contnua constitudo de uma parte fixa e outra mvel.

A parte fixa, que chamamos de estator, possui peas fixas (sapatas polares)em torno das quais se enrolam fios de cobre, formando bobinas. Com apassagem da corrente contnua, criam-se plos magnticos ao redor das peaspolares, que substituem os ms apresentados na segunda figura do tpicoPrincpio de funcionamentoPrincpio de funcionamentoPrincpio de funcionamentoPrincpio de funcionamentoPrincpio de funcionamento. Duas escovas de grafita tambm ficam presas aoestator e recebem os plos da tenso eltrica contnua que alimenta o motor.

A parte mvel, chamada rotor, pode girar em torno do estator,pois as bobinas do estator so percorridas por uma corrente eltrica que chegaat elas pelo comutador.

O fio movimenta-se ao ser atravessado pela corrente e faz girar o rotor.Isso acontece devido ao magnetismo dos campos permanentes do estator,que exercem uma fora magnticafora magnticafora magnticafora magnticafora magntica sobre os eltrons em movimento no interiordo condutor, tentando modificar suas trajetrias; o sentido da fora dependedo sentido da corrente.

Ao girar, o fio perde o contato com as escovas ligadas ao comutador.

Entretanto, este movimento logo coloca um novo par de terminais de fio emcontato com as escovas, e o rotor continua em movimento.

O comutador funciona como uma combinao automtica de chaves quemantm a corrente sempre no mesmo sentido no condutor. Para inverter osentido de rotao do motor basta inverter a polaridade da tenso eltricaaplicada s escovas.

Motores de corrente contnua podem movimentar cargas pesadas, desdeque possuam uma construo resistente. So empregados em guindastes,elevadores, locomotivas, prensas, estamparias e mquinas-ferramenta.

Fora

magntica: fora

de natureza

magntica que age

sobre corpos que

apresentam cargas

eltricas (letrons)em movimento no

interior de um

campo magntico.

Qualquer fio sob a

ao de um campo

magntico

movimentado pela

fora magntica ao

ser percorrido por

uma corrente

eltrica.

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A U L A Motores universais de corrente alternada

Os motores de corrente alternada podem ser ligados diretamente redeeltrica. Graas maneira como so construdos, aproveitam o efeito da correntealternada para funcionar.

A figura a seguir mostra estator e rotor de um motor de corrente alternada.Ele muito parecido com o motor de corrente contnua, pois pode funcionartambm com este tipo de corrente. Por isso recebe o nome de motor universal,pois funciona com corrente alternada ou contnua.

um motor de baixa potncia (at 500 watts), muito utilizado em mquinascomo liquidificadores, enceradeiras, aspiradores de p, serras e lixadeiras.

Quando o motor universal recebe corrente alternada, h uma mudana nosentido da corrente nas bobinas do estator e nos fios, mas essa variao no alterao sentido de giro do motor. S possvel inverter o sentido do movimentode rotao trocando as ligaes das escovas pelas bobinas do estator.Assim, o campo magntico fixo muda de polaridade.

Motores de induo de anel

Existem tambm os motores de corrente alternada sem escovas. So chamadosmotores de induo. Nestes motores, o magnetismo do estator, ao variar com acorrente alternada que o atravessa, induz correntes no rotor. Essas correntesinduzidas no rotor formam ao seu redor um magnetismo que se ope aomagnetismo do estator. Assim, o motor tende a ficar parado!

Se o rotor estiver em movimento, por inrcia ele continuar girando, pois,

como os campos se anulam, o resultado das foras zero. Desta forma, o motorde induo, para funcionar, necessita de um empurrozinho para sair dainrcia, do estado parado. Como estamos falando de automao, claro que estamozinha no ser dada por um homem, mas por uma alterao na construodo motor, que permitir a partida automtica.

A figura a seguir mostra o esquema de um motor de induo, com um anelde cobre no estator. Este anel afeta o campo magntico; portanto, as forasde atrao e repulso se alteram e o resultado deixa de ser zero, fazendo o rotorse movimentar.

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Motores de induo de bobina auxiliar

Outros motores utilizam uma bobina auxiliar, que d aquela mozinha no

incio. H duas bobinas no estator: uma de fio mais grosso e com grande nmerode voltas ( a bobina principal) e outra de fio mais fino e com poucas voltas, usadasomente na partida.

Este motor gira porque h uma diferena entre os magnetismos gerados nasbobinas. Enquanto a bobina auxiliar est operando, o magnetismo decorrente dadiferena entre as duas bobinas vai mudando de posio e fazendo o rotor girar.Depois da partida, um interruptor automtico existente no motor corta acorrente da bobina auxiliar e o motor continua funcionando normalmente,apenas com o magnetismo da bobina principal.

Motores de induo de anel tm potncia mxima na faixa dos 300 watts,e so usados para acionar cargas leves. Os de bobina auxiliar chegam a 600 watts.E, por encomenda, pode-se obter motores de potncia ainda maior.

Mquinas trifsicas

Os motores de corrente alternada, de que tratamos at aqui, funcionam comuma s tenso eltrica: 110 V, 220 V ou outras. Estas tenses so aplicadas pormeio de dois fios, um deles chamado fasefasefasefasefase e o outro neutroneutroneutroneutroneutro. Motores quefuncionam assim so chamados monofsicos.

As turbinas das hidreltricas produzemtrs tenses, porque tm trs bobinas comseus centros distanciados cerca de 120 grausum do outro. As tenses se apresentam emtrs fases e suas variaes so descompas-sadas (atrasadas umas em relao s outras),embora variem sempre no mesmo ritmo(60 vezes por segundo). Esse sistema chamado trifsico, e muito usadoem instalaes industriais.

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A U L A As mquinas eltricas se dividem em: alternadores, que geram energia eltrica a partir do movimento mecnico

rotor; motores, que empregam energia eltrica para realizar um movimento

(energia mecnica).

Motor eltrico trifsico

O estator do motor trifsico possui trs enrolamentos, distantes 120 umdo outro. So preparados para receber as tenses do sistema trifsico.

Quando as tenses eltricas do trifsico, atrasadas entre si, so aplicadass trs fases do estator, forma-se um magnetismo que vai mudando de posioe gira conforme o tempo vai passando.

Esse magnetismo giratrio induz correntes no rotor. A partir da, j sabemoso que acontece: o magnetismo fora o rotor, sustentado por mancais queacompanham seu movimento.

Nos fios do rotor bobinado pode-se ligar resistncias externas que permitemcontrolar a corrente no rotor. Altas correntes significam altas velocidades.

Os motores trifsicos so utilizados em aplicaes que requerem acionamentode cargas pesadas, como guindastes, pontes rolantes e equipamentos trans-portadores. Podem ser ligados em tenses eltricas de 220 V, 380 V, 440 V e 760 V.

Posio e velocidade dos motores eltricos

Os motores eltricos usados em sistemas de automao geralmenterequerem algum controle. Pense num rob que retira uma pea usinadade um torno CNC e a coloca sobre a bandeja de um veculo de transporte.Seus movimentos seriam:

saindo de uma posio conhecida, partir e acelerar; ao aproximar-se de uma posio favorvel de ataque pea, desa-

celerar at parar; aproximar-se da pea a baixa velocidade; parar e agarrar a pea; partir de volta e acelerar; desacelerar at parar numa posio favorvel para soltar a pea no

veculo; soltar a pea.

Os motores eltricos envolvidos neste movimento devem ter controle develocidade (para acelerao e desacelerao) e de posicionamento. So controlescrticos porque se o rob se aproximar da pea numa trajetria errada, dependendoda velocidade de aproximao poder colidir com algum acessrio ou quebrara pea. O mesmo poderia acontecer na hora de soltar a pea.

Em outras situaes, esses controles so determinantes para a qualidade econfiabilidade do trabalho produzido pelas mquinas. Para fresar uma peanuma mquina CNC, costuma-se utilizar trs motores eltricos: um paramovimentos horizontais, outro para movimentos verticais e um terceiropara movimentos em profundidade. O controle de velocidade e de posicionamentodos trs motores mantm as peas dentro de especificaes quanto posiode furos, profundidade de cavidades etc.

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A U L AO controle de velocidade e de posicionamento feito em ciclos derealimentao (feedback), nos quais a posio e a velocidade de deslocamentoconstituem informaes importantes para o controle do motor.

Motores eltricos utilizados em ciclos de realimentao normalmente j vmcom sensoriamento acoplado ao seu eixo. Neste caso, o motor passa a receber adesignao de servomotor, pois torna-se um escravo total do ciclo derealimentao. Existem servomotores de corrente contnua e de corrente alternada.

Ao receber os sinais eltricos dos sensores, o mdulo de controle opera demodo a variar a potncia eltrica do motor. Isto costuma ser feito alterando-se osvalores das tenses eltricas entregues ao motor ou, ainda, controlando-seo tempo durante o qual o motor recebe essas tenses.

Hoje, o elemento de comparao construdo por meio de computador ou,no mnimo, com dispositivo eletrnico com caractersticas de computador.

O computador deve estar preparado com um programa capaz de recebersinais (na forma de tenses eltricas), compar-los com valores preestabelecidos

e devolver sinais para o controle assumir as aes necessrias em relaoao motor: partir, acelerar, desacelerar, parar, conforme o caso.

Motor de passos

Os ciclos de realimentao, que incluem sensores para indicar a posioe a velocidade do motor, tornam complicado aquilo que parecia simples.Para girar um motor at uma determinada posio, com velocidade controlada,so necessrios equipamentos sofisticados. Entretanto, existe um tipo de motorque, como veremos, no requer sensoriamento, pois se comporta muito bem: o motor de passosmotor de passosmotor de passosmotor de passosmotor de passos.

Este motor, como diz o nome, gira a partir de combinaes de tenses que soaplicadas em suas bobinas. Na realidade, para que eles funcionem, necessriaa informao de quantos passos o motor deve se deslocar, a partir da posiooriginal. Portanto, no necessrio um sistema de sensoriamento para verificara posio em que o motor se encontra, pois ele sempre estar a N passos daposio de origem (N o nmero de passos indicado pelo controlador).

A preciso do deslocamento destes motores indicada pelo valor de cadapasso, dado em graus. Por exemplo: se um motor de passos tem preciso de 1,8,

isto significa que, em cada combinao de tenso aplicada ao motor, ele sedesloca 1,8, ou seja 1/200 avos de uma volta completa. Para o motor dar umavolta completa de 360, necessrio que o controlador gere 200 combinaesde tenses, isto , 200 passos.

A potncia desses motorzinhos pequena, por isso sua aplicaoprincipal o acionamento de cargas leves. Utilizam-se motores de passosem perifricos de computador (impressoras,plotters, acionadores de disco).Tambm aparecem em robs transportadores de cargas leves, e mesmoem algumas mquinas-ferramenta CNC de pequeno porte.

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A U L A Tic-tac, blamp-blump, zuuuummmm.......

Agora, toda vez que voc ouvir o barulho do movimento das mquinas,esperamos que se lembre dos motores eltricos.

Teste sua aprendizagem. Faa os exerccios e confira suas respostas com asdo gabarito.

Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Assinale VVVVV (Verdadeiro) ou FFFFF (Falso) diante das afirmaes a seguir, sobremotores eltricos de corrente contnua:a)a)a)a)a) ( ) devem ser alimentados com tenso eltrica contnua;

b)b)b)b)b) ( ) seu rotor deve ser energizado com corrente alternada;c)c)c)c)c) ( ) mudam o sentido do giro quando se invertem os plos da tenso

contnua aplicada;d)d)d)d)d) ( ) podem ser ligados diretamente na rede eltrica.

Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Associe, corretamente, a primeira coluna segunda:

Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Marque com X a alternativa que aponta a principal diferena entre o motorde corrente alternada universal e o motor de induo:a)a)a)a)a) ( ) o motor de induo no possui estator, enquanto o motor universal

possui;b)b)b)b)b) ( ) o motor de induo tem rotor bobinado, enquanto o motor univer-

sal no tem;c)c)c)c)c) ( ) o motor de induo no necessita de corrente eltrica para funcionar,

enquanto o motor universal necessita de corrente;d)d)d)d)d) ( ) no motor de induo, a corrente no rotor induzida pelo campo

magntico varivel do estator, enquanto no motor universala corrente vem da rede eltrica.

Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Escolha as palavras que melhor completam a seguinte frase:Nos fios do rotor bobinado de um motor trifsico pode-se ligar ..................externas que permitem controlar a ................. no rotor.a)a)a)a)a) resistncias, corrente;

b)b)b)b)b) lmpadas, fasca;c)c)c)c)c) chaves, sujeira;d)d)d)d)d) cargas, tenso.

Exerccios

1.1.1.1.1. ( ) Recebe a tenso eltrica que alimenta ocomutador.

2.2.2.2.2. ( ) Parte fixa do motor.3.3.3.3.3. ( ) Parte mvel do motor.4.4.4.4.4. ( ) Funciona como uma espcie de chave

automtica para os fios do rotor.

a)a)a)a)a) Estator

b)b)b)b)b) Rotor

c)c)c)c)c) Comutador

d)d)d)d)d) Escovas