AULA 1 - FUNDAMENTOS DE MAQUINAS ASSNCRONAS Objetivos Histrico da Maquinas Assncronas; Classificao

As mquinam assncronas, conhecidas como mquinas de induo, so consideradas como mquinas de excitao nica, porque so aplicadas a seu estator apenas tenses alternadas polifsicas. Esse tipo de motor foi apresentado pela primeira vez em 1885 pelo engenheiro eletricista Galileu Farris que construiu um motor de corrente alternada de duas fases. Ferraris, apesar de ter inventado o motor de campo girante, concluiu erroneamente que motores construdos segundo este principio poderiam, no mximo, obter um rendimento de 50% em relao a potencia consumida. E Tesla apresentou, em 1887, um pequeno prottipo de motor de induo bifsico com rotor em curto-circuito. Tambm este motor apresentou rendimento insatisfatrio, mas impressionou de tal modo a firma norte-americana Westinghouse, que esta lhe pagou um milho de dlares pelo privilgio da patente, alm de se comprometer ao pagamento de um dlar para cada HP que viesse a produzir no futuro. O baixo rendimento deste motor inviabilizou economicamente sua produo e trs anos mais tarde as pesquisas foram abandonadas. Foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, que, persistindo na pesquisa do motor de corrente alternada entrou, em 1889, com o pedido de patente de um motor trifsico com rotor de gaiola. O motor apresentado tinha uma potencia de 80 watts, um rendimento aproximado de 80% em relao potencia consumida e um excelente conjugado de partida. As vantagens do motor com rotor de gaiola em relao ao de corrente continua eram marcantes: construo mais simples, silencioso, menor manuteno e alta segurana em operao. Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a primeira fabrica em srie de motores assncronos, nas potencias de 0,4 a 7,5kW. O motor assncrono, de induo, constitudo basicamente pelos seguintes elementos: um circuito magntico esttico, constitudo por chapas ferromagnticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se d o nome de estator; por bobinas (de grupos, consoante o motor monofsico ou trifsico) localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; por um rotor constitudo por um ncleo ferromagntico, tambm laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais so induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator.

Figura 1.1: Mostra um motor de induo explodido. O rotor apoiado num mancal, que por sua vez transmite carga a energia mecnica produzida. O entreferro (distncia entre o rotor e o estator) bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as perdas, mas tambm para aumentar o fator de potncia em vazio. O rotor em gaiola de esquilo, veja a Ilustrao 1.2, constitudo por um ncleo de chapas ferromagnticas, isoladas entre si, sobre o qual so colocadas barras de alumnio (condutores), dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas extremidades por dois anis condutores, tambm em alumnio, que curto-circuitam os estas barras.

Figura 1.2: Esquema de transformao de energia.

CLASSIFICAO DAS MQUINAS ELTRICAS As mquinas elctricas podem ser classificadas quanto funo que exercem: Transformao de energia mecnica em energia elctrica - Geradores Transformao de energia elctrica em energia mecnica - Motores Transformao de tenso/corrente elctrica Transformadores (mquina esttica)

Considerando o seu princpio de funcionamento, podemos dividir as mquinas rotativas da seguinte maneira.

Figura 1.3: Classificao das mquinas eltricas. MQUINAS ASSNCRONAS MOTOR DE INDUO Todo motor eltrico converte energia eltrica em energia mecnica. O processo de converso de energia dos motores de induo baseia-se na lei de induo de Faraday e na lei de Lenz, da derivando seu nome. Um motor de induo um motor eltrico que funciona somente em corrente alternada - assim como os transformadores - o que ficar claro quando se estudar o seu princpio de funcionamento. O motor de induo o tipo de motor eltrico mais utilizado em geral, sendo largamente usado em instalaes industriais devido sua simplicidade, robustez, durabilidade e pequena necessidade de manuteno. Normalmente, cerca de 60 % da carga de uma instalao industrial constituda por motores de induo, enquanto que, considerando a carga total em regies industrializadas, os motores de induo so responsveis por cerca de 40 % dessa carga. Por essa razo, os motores de induo so tambm chamados motores industriais. O termo assncrono utiliza-se, pois a velocidade de rotao do rotor no igual velocidade de rotao do campo girante criado pelo estator, isto , o movimento do rotor no sncrono com o movimento do campo girante do estator. O termo induo utiliza-se, pois o movimento de rotao do rotor o resultado do aparecimento de f.e.ms. Induzidas no rotor.

Figura 1.4: Motores de induo CAMPO GIRANTE Este princpio do eletromagnetismo clssico extremamente interessante e sua descoberta possibilitou o desenvolvimentos dos modernos motores de corrente alternada, em particular os motores de induo. De modo sinttico, seu enunciado : Trs correntes alternadas senoidais, com mesma amplitude e defasadas de 120, circulando por trs bobinas fixas, cujos eixos magnticos distam 120 entre si, produzem um campo magntico girante de intensidade constante. Essa engenhosa maneira de criar um campo girante uma extenso da descoberta feita por Nikola Tesla (1856-1943), um brilhante engenheiro de origem croata, que apresentou no dia 16 de maio de 1888, em um congresso do American Institute of Electrical Engineers, a idia de construir um motor a partir de duas bobinas dispostas a 90 e alimentadas por tenses alternadas senoidais com formas de onda defasadas de 90. Por isso, Tesla considerado o inventor dos motores de corrente alternada e dos sistemas polifsicos. A figura baixo mostra uma montagem de laboratrio que ajuda a entender melhor a criao do campo girante, onde se v as trs bobinas iguais dispostas de tal modo que seus eixos magnticos longitudinais formem ngulos de 120. As bobinas so conectadas a um sistema alternado trifsico (rede trifsica), garantindo portanto que as correntes que circulam por elas sejam de mesma magnitude e defasadas de 120 no tempo. A criao de um campo magntico girante comprovada pelo movimento rotatrio de uma bssola ou de um rotor gaiola colocados no centro da montagem.

Figura 1.5: Montagem de bobinas simulando a criao do campo girante

Tanto o fato de o campo magntico resultante ser girante, quanto ter intensidade constante podem ser entendidos com a ajuda da figura abaixo.

A figura mostra, em corte transversal, as trs bobinas aa', bb', cc', cujos eixos magnticos distam 120 entre si, em cinco situaes diferentes ao longo do tempo. Observe que, em cada situao, as correntes alternadas senoidais Ia(t), Ib(t) e I c(t) que circulam em cada bobina possuem amplitudes e sentidos diferentes. Por conveno, em cada bobina, o smbolo significa que a corrente est saindo do plano da figura, enquanto que o smbolo x indica que a corrente est entrando no plano da figura Analisando a situao 1, por exemplo, percebe-se que a corrente na bobina aa' est no instante de amplitude mxima positiva, enquanto que as correntes nas bobinas bb' e cc' esto com metade da amplitude mxima negativa. Por essa razo, as correntes saem dos terminais a, b' e c' e entram nos terminais a', b e c. O sentido do campo (e, portanto do fluxo magntico) dado pela regra da mo direita, ja que se trata de eletroms. Note ainda que a amplitude do campo (e do fluxo) diretamente proporcional magnitude da corrente (quanto maior a corrente, maior o campo criado), e por isso o tamanho do campo criado pela bobina aa' o dobro dos campos

criados pelas bobinas bb' e cc'. O campo magntico resultante dado pela soma vetorial dos trs campos componentes, indicado na figura em vermelho. Estude as cinco situaes e observe que o campo (e o fluxo) resultante tem intensidade constante e gira no sentido anti-horrio medida que o tempo passa. Por ltimo, note que as situaes se repetem quando a forma de onda da corrente Ia(t) completar um perodo, ou seja, a velocidade de rotao do campo girante depende exclusivamente da frequncia da tenso trifsica de alimentao, sendo dada por w . A propsito, verifique que, procedendo da mesma maneira como indicado na figura acima possvel criar um campo girante a partir de duas bobinas colocadas a 90 uma da outra e alimentadas com tenses alternadas senoidais de mesma amplitude e defasadas de no tempo. Incorpore o esprito de Nikola Tesla e tente. MOTOR DE INDUO: PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO Uma questo fundamental em todo tipo de motor eltrico entender como se produz o movimento rotatrio de um eixo (energia mecnica) a partir de corrente eltrica (energia eltrica). Em palavras mais tcnicas, como se produz um torque eletromecnico no rotor. Como se sabe, torque (ou conjugado) definido pelo produto de uma fora por uma distncia, sendo medido em Newton-metro (N.m) no sistema SI. O motor de induo um motor que baseia o seu princpio de funcionamento na criao de um campo magntico rotativo. A partir da aplicao de tenso alternada (trifsica ou monofsica) no estator, consegue-se produzir um campo magntico rotativo - campo girante - que atravessa os condutores do rotor. Este campo magntico varivel induz no rotor f.e.ms. que, por sua vez, criam o seu prprio campo magntico girante, devido a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se causa que lhe deu origem. Este campo magntico girante criado pelo rotor, ao tender a alinhar-se com o campo girante do estator, produz um movimento de rotao no rotor. A velocidade de rotao do rotor ligeiramente inferior velocidade de rotao do campo girante do estator, no estando por isso o rotor sincronizado com esse campo girante. Por esta razo este tipo de motor tambm chamado de motor assncrono (de induo). Em um motor de induo trifsico real, o fluxo girante produzido por trs enrolamentos iguais fixados em um ncleo de material ferromagntico (estator) e alimentados por tenses de uma rede trifsica. Como a freqncia da rede constante (60 Hz), ento a velocidade de rotao do fluxo (ou campo) girante tambm constante. Esse fluxo girante ao ir atravessando as varetas do rotor tipo gaiola vai induzindo a correntes que, por sua vez, devem criar fluxos (como se fossem eletroms de polaridade oposta ao fluxo girante) que tendem a se opor ao movimento do fluxo girante (lei de Lenz). Em consequncia, o rotor gaiola gira no mesmo sentido do fluxo girante, tentando alcan-lo para reduzir a intensidade da induo, que como se sabe, proporcional variao do fluxo (lei de Faraday). Dessa maneira, estabelece-se o torque que faz o rotor de gaiola girar. A figura abaixo mostra um motor de induo trifsico cuja carcaa externa foi recortada revelando seu interior. Note as bobinas do estator em corte e o ncleo ferromagntico na qual ficam enroladas (em amarelo). Em primeiro plano esto os terminais de ligao da alimentao. Observe que as varetas condutoras do rotor tipo gaiola so de fato incrustadas em um ncleo de material ferromagntico usado para potencializar o fluxo magntico, formando um conjunto integrado. Por sua construo,

percebe-se claramente porque um motor de induo um equipamento robusto e de baixa manuteno.

Figura 1.6: Motor de induo trifsico (MIT) em corte. ASPECTOS CONSTRUTIVOS

Figura 1.7: Motor de induo trifsico (MIT) em corte.

A Fig. 1.7 mostra a seco transversal da parte til de uma mquina assncrona. Suas partes constitutivas so as seguintes: Estator Constitudo de chapas de ferro-silcio laminado, estas chapas so isoladas umas das outras por meio de oxidao da prpria superfcie, a espessura da chapa de que as chapas so feitas , em geral, de 0,5 mm. Possuem ranhuras uniformemente espaadas onde esto alojados os condutores de um enrolamento polifsico (em geral trifsico). Essas ranhuras podem ser classificadas com aberta, semifechada e fechada conforme figura abaixo.

Figura 1.8: ranhuras dos tipos: aberta, semifechada e fechada, respectivamente. Em mquinas normais, esta parte fixa, podendo ser livre para girar em algumas mquinas especiais. Ao longo da periferia da lmina esto colocados os furos que, uma vez montada a coroa de lminas, fornecem as ranhuras ou canais nos quais so colocados os condutores dos enrolamentos. Os canais abertos permitem o emprego de bobinas premoldadas, as quais so montadas aps o encadaramento, o que garante o bom isolamento das mesmas. Os canais semi fechados tambm permitem o emprego de bobinas premoldadas, devendo seus condutores ser introduzidos um a um, na ranhura, o que obriga ao encadaramento da bobina aps a montagem. O canal fechado pouco usado, pois as bobinas so formadas enfiando - se o condutor nos furos. Alm deste inconveniente puramente mecnico, o canal fechado influi enormemente no funcionamento da mquina, pois aumenta as disperses magnticas por efeito das linhas de fora, que se fecham localmente em volta de cada canal. O nmero de canais possudos pelo induzido depende do nmero de plos da mquina e do nmero de fases. Praticamente, o enrolamento de uma mquina de corrente alternada caracterizado pelo nmero de canais que cada fase possui em correspondncia de um plo (nmero de canais por plo e por fase). Em geral, as mquinas trifsicas possuem de 3 at 5 canais por plo e por fase.

Figura 1.9: Estator de uma mquina Assncrona

Enrolamento: A maneira mais conveniente de associar vrios condutores de um enrolamento distribu-los em forma de bobinas e a distribuio deve ser feita de tal modo que formem grupos. Nas ranhuras do estator existem trs enrolamentos, distintos um do outro, chamados fases do motor. Essas trs fases so idnticas, porm, defasadas uma da outra de 120 eltricos. As fases produzem campos magnticos girantes, que se combinam para formar os plos do estator. Os enrolamentos dos motores CA podem ter diversas formas e distribuies, dentre as quais destacamos: Enrolamento meio imbricado Enrolamento imbricado Enrolamento concntrico A representao convencional dos esquemas de enrolamento consiste em considerar o circuito magntico como que desenrolado sobre um plano. Os traos verticais representam os condutores alojados em cavas sucessivas. Para um enrolamento de duas camadas, os traos a cheio correspondem aos condutores superfcie da cava e os traos ponteados aos condutores no fundo da cava. No enrolamento meio imbricado cada lado de bobina ocupa toda a rea da ranhura. O nmero de ranhuras ocupadas deve ser par e o nmero de bobinas igual metade do nmero de ranhuras do estator. Todos os condutores situados numa ranhura fazem parte da mesma bobina. Tambm chamados de enrolamentos de uma camada, tem a vantagem de permitir um isolamento mais perfeito entre as fases sem o uso excessivo de isolante. Todas as bobinas que compem os grupos possuem o mesmo formato e tamanho como tambm o mesmo nmero de espiras (pr-moldadas) resultando num enrolamento contnuo e simtrico.

Figura 1.10: Enrolamento AC imbricado.

Figura 1.11: Enrolamento AC imbricado. O nmero de bobinas desse tipo de enrolamento sempre a metade do nmero de ranhuras existentes, porque cada um dos lados da bobina ocupa uma ranhura inteira, e, em consequncia, cada bobina ocupa duas ranhuras. Suponha um motor de 12 ranhuras. O nmero de bobinas ser 12/2 = 6 bobinas A primeira bobina ocupa as ranhuras 1 e 6, a segunda 3 e 8, e assim por diante, at a 12a bobina, que ocupa as ranhuras 11 e 4. No enrolamento imbricado cada ranhura ocupada por dois lados de bobina e existem tantas bobinas quantas so as ranhuras do estator. Todas as bobinas tm o mesmo formato e tamanho como tambm o mesmo nmero de espiras (prmoldadas), resultando num enrolamento perfeitamente simtrico. Os dois lados de bobinas so colocados em camadas sobrepostas e separadas por um isolante, pois cada lado de bobina pertence a grupos de fases distintos e como h uma d.d.p. relativamente elevada, necessrio uma isolao eficiente para diminuir os riscos de curto circuito entre bobinas.

Figura 1.12: Enrolamento AC imbricado. O nome enrolamento concntrico (ou em cadeia) associado ao de uma corrente, devido analogia que existe entre os grupos de bobinas (posio relativa entre eles) e os elos das correntes. No enrolamento em cadeia o formato das suas bobinas

normalmente oval e o enrolamento constitudo por grupos contendo duas, trs e at mais bobinas de tamanhos diferentes (com o mesmo centro de referncia). Cada ranhura pode conter um ou mais lados de bobinas e o nmero de espiras por bobina em um grupo pode variar em funo da distribuio nas ranhuras. Este tipo de enrolamento pode ser executado manualmente ou utilizando formas pr-moldadas ou ainda mquinas automticas para colocao do enrolamento.

Figura 1.13: Enrolamento AC concntrico. REPRESENTAO DOS ENROLAMENTOS A visualizao mais completa do enrolamento de uma mquina eltrica feita mediante seu esquema eltrico. H vrios mtodos de mostrar esquematicamente os enrolamentos, porm, todos eles visam por meio de traos simples, indicar a posio relativa das bobinas que formam a estrutura do motor. Utilizaremos uma representao simplificada planificada. Representao Simblica Planificada aquela que representa os grupos de bobinas interligadas no estator, como se estivssemos cortado e esticado o estator sobre um plano, ou seja, seccionamos o estator no sentido longitudinal e o planificamos como mostra a seqncia na figura a seguir. Utilizaremos a ltima figura da seqncia, onde cada retngulo representa um dente do estator, pela vista superior.

Figura 1.14: Enrolamento AC concntrico.

Este tipo de representao embora quebre a continuidade o mais utilizado na prtica, por ser mais fcil a sua confeco principalmente para enrolamentos mais complexos, possibilitando uma aprecivel facilidade de interpretao.

Figura 1.15: Representao planificada dos enrolamentos. Caractersticas do Enrolamento Para a confeco, colocao e ligao das bobinas que formam o enrolamento devemos conhecer de antemo suas principais caractersticas: a) NMERO DE BOBINAS O nmero de bobinas do enrolamento determinado em funo do nmero de dentes do estator, nmero de plos e do tipo de enrolamento.

a) PASSO POLAR Determinado pela distncia em dentes entre o incio de duas bobinas interligadas da mesma fase. O passo polar define a regio onde ser concentrado um plo magntico formado por esta bobina.

Figura 1.16: Representao planificada dos enrolamentos mostrando o passo polar. b) PASSO DE BOBINA a distncia em dentes compreendida entre os dois lados da mesma bobina. Quando o passo de bobina for igual ao passo polar, este denominado de passo de bobina inteiro; caso seja menor que o passo polar denominado de passo de bobina fracionrio. No projeto dos motores eltricos o passo ideal determinado atravs de ensaios em laboratrios at se obter o melhor rendimento da mquina, no desprezando o custo de produo. Para calcular usamos as seguintes expresses: Enrolamento meio imbricado Yb = Yp (2q 1) Enrolamento imbricado Yb = Yp (q 1)

Os enrolamentos meio imbricado so geralmente projetados com bobinas de passo fracionrio (5/6 do passo polar) pois este tamanho alm de economizar material (cobre) reduz as harmnicas das f.e.m. induzidas nos enrolamentos, resultando em menores perdas por correntes parasitas e histerese. c) NMERO DE PLOS O nmero de plos de um motor CA afeta diretamente sua velocidade, ou seja, de desejamos um motor com elevada rotao este dever apresentar o mnimo de plos magnticos.

A maneira pela qual os grupos de bobinas so interligados tambm influi na formao dos plos. A equao a seguir nos fornece a relao entre as grandezas (freqncia da rede de alimentao, nmero de plos e velocidade do motor):

Onde: P = nmero de plos f = freqncia das correntes que alimentam o enrolamento (Hz) n = velocidade sncrona (rpm) Denominamos plos ativos quando o nmero de grupos de bobinas por fase so interligados de tal forma que criem o mesmo nmero de plos. Isto possvel fazendo com que a corrente que circula em um grupo num determinado sentido apresente sentido inverso ao circular pelo grupo adjacente, at sair do enrolamento, originando em cada grupo de bobinas uma polaridade nica. Neste tipo de ligao os grupos esto distanciados de um passo polar ou 180o eltricos.

Denominamos plos conseqentes quando cada grupo de bobinas por fase propicia a formao de dois plos magnticos. Isto conseguido interligando os grupos de bobinas de tal forma que a corrente circule no mesmo sentido por todos eles at sair do enrolamento. Neste tipo de ligao os grupos de bobinas esto distanciados um do outro de duas vezes o passo polar, ou seja, 360o eltricos.

d) NMERO DE BOBINAS POR PLO E FASE o nmero de bobinas que participa da formao de cada plo, conforme o tipo de enrolamento. Para o enrolamento meio imbricado: Para o enrolamento imbricado: Se a interligao dos grupos de bobinas resultar em plos conseqentes, o nmero de bobinas por plo/fase dobra de valor (observe se todos os grupos possuem o mesmo nmero de bobinas).

e) PASSO DE FASE Para o funcionamento perfeito do campo girante deve haver uma simetria da defasagem eltrica das fases (120o eltricos), com a defasagem mecnica dos 3 enrolamentos, ou seja, o incio de cada enrolamento deve apresentar uma defasagem de 120o geomtricos. Isto conseguido dividindo o total de dentes do estator por 3.

f) LIGAES Os motores monofsicos podem apresentar desde 2 at 8 terminais de ligao, de acordo com as tenses de trabalho e a possibilidade de inverso de rotao. J os motores trifsicos podem apresentar desde 3 at 12 terminais, conforme as tenses de trabalho definidas pelo fabricante, sempre permitindo a inverso de rotao. A identificao dos terminais no motor trifsico pode ser feita atravs de nmeros ou letras com a seguinte equivalncia:1=U; 2=V; 3=W; 4=X; 5=Y; 6=Z

AGRUPAMENTO DAS FASES. O agrupamento das fases dos enrolamentos estatricos do motor assncrono pode ser feito em estrela ou em tringulo, Os rotores bobinados dos motores assncronos, em geral, tm suas fases agrupadas em estrela. Numa maquina trifsico, qualquer que seja o tipo de seu enrolamento induzido, apresenta seis terminais, isto , dois por cada fase, representados pelo princpio e o fim. A utilizao de trs circuitos monofsicos distintos efetuada pelas fases separadas com seis fios resulta pouco prtica, pois prefervel agrupar as fases nas duas maneira, conhecidas, isto , estrela ou tringulo, o que permite reduzir os fios de distribuio a trs ou, eventualmente, a quatro, no caso de agrupamento em estrela com neutro.

Figura 1.17: Circuito monofsico agrupados em estrela. a) Enrolamento em estrela - O agrupamento em estrela se executa unindo-se todos os fins ou os princpios das trs fases num nico n, ligado eventualmente ao fio neutro, fig. 1.17 (a). Praticamente, este agrupamento pode ser executado, ligandose os bornes das fases sobre uma placa isolante conforme indica a fig 1.17 (b). Muitas vezes o mencionado agrupamento das trs fases executado diretamente no enrolamento, internamente. Com o agrupamento em estrela, a tenso entre os fios de linha tem valor vezes maior que o de cada fase. Por esta razo, se V o valor da tenso existente

entre os fios de linha de um alternador, com enrolamento estrela, a tenso gerada em cada fase deve ser .

Figura 1.18: Circuito monofsico agrupados em triangulo. b) Agrupamento em tringulo - Este tipo de agrupamento executa- se unindo o fim da primeira fase ao princpio da segunda, o fim da segunda ao princpio da terceira e, finalmente, o fim da terceira ao princpio da primeira. Aos trs ns assim constitudos ligam-se os trs fios da linha, conforme figo 1.18 (a). Praticamente, esta ligao pode ser executada ligando-se os bornes das fases sobre uma placa isolante, como indica a fig 1.18 (b), e estabelecendo-se os contatos P1-F3; P2-F1 e P3F2 por meio de trs barras de cobre. Com o agrupamento em tringulo, a tenso entre os fios de linha coincide com a tenso da respectiva fase, enquanto o valor da corrente em cada fio de linha resulta vezes maior que o de cada fase. Assim sendo, trocando-se simplesmente as conexes entre as fases modificam-se as caractersticas da mquina. Se cada fase gera tenso Vf e fornece a corrente If. a) Conexes em tringulo: Tenso de linha V = Vf Corrente de linha I = . If b) Conexes em estrela: Tenso de linha V . Vf Corrente de linha I = If A potncia aparente do motor em qualquer caso sempre expressa por VA = V.I = 3VfIf

Figura 1.19: Esquema de ligao de MIT

ISOLAMENTO UTILIZADO EM ENROLAMENTOS: Isolante eltrico todo material de condutibilidade to pequena que a corrente que o atravessa pode ser desprezada. Um isolante deve reunir uma srie de propriedades que dependem do uso ao qual esse isolante se destina. O isolante eltrico usado no isolamento de condutores e na construo de aparelhos e acessrios eltricos. A classificao mais usada em bobinados compreende trs grandes grupos de materiais isolantes: Papis, cartolinas e fibras; Telas e fitas isolantes; Mica e telas de fibras de vidro. Papis e cartolinas: So fabricados base de polpa de madeira, pedaos de vegetais ou fibras como a juta, algodo ou cnhamo. Encontram-se no comrcio em forma de rolos de distintas espessuras, com e sem impregnao. Os papis so flexveis, no tm muita resistncia mecnica nem resistncia abraso e ao calor. O papel de cnhamo o de maior resistncia mecnica. Os papis so higroscpicos ou porosos; por isso, devem ser impregnados com verniz, resina ou leo secante. O papel condensador, tambm conhecido como papel cristal, fabricado de troncos e polpa de madeira, em espessuras de 0,038mm a 0,076mm. Presspan fabricado em forma de papel ou cartolina prensada, impregnado com leo de linhaa. A impregnao o protege da umidade e d consistncia ao bobinado. Molda-se facilmente porque tem pouca resistncia mecnica. encontrado em espessuras que variam entre 0,10mm e 0,80mm. Fibras: As fibras podem ser naturais ou sintticas. A fibra natural uma chapa isolante derivada de papel. obtida pelo tratamento do papel de algodo com cloreto de zinco e pela sua laminao espessura desejada. um material slido e rgido, de excelente resistncia mecnica e alto coeficiente isolante. O principal defeito da fibra absorver umidade; isto altera suas dimenses fsicas e tambm suas propriedades. Para eliminar a umidade da fibra, aumentar sua resistncia isolante e sua resistncia ao calor, deve-se impregn-la com verniz ou goma-laca. As cores mais comuns so o vermelho e o cinzento. A fibra fabricada em espessuras que variam entre 0,1mm e 3,2mm. As fibras sintticas so os mais modernos isolantes. Existem alguns tipos de materiais isolantes laminados com filmes de polister, acetato, micanite e outros. O papel de nilon e a fibra de poliester so fabricados com fibras resistentes a altas temperaturas. Possuem excelentes propriedades mecnicas e dieltricas, j largamente usadas, por si mesmas, como isolantes de Classe F (155C). Telas e fitas isolantes: Os materiais usados so tecidos vegetais, como algodo e seda natural ou artificial. A caracterstica mais importante destes isolantes a sua flexibilidade. So impregnados com vernizes isolantes ou recobertos por um envolvente resistente umidade. Os materiais isolantes, fibrosos ou porosos so impregnados com vernizes ou leos com as seguintes finalidades: Impedir a entrada da umidade; Melhorar a condutibilidade trmica do isolamento; Dar solidez mecnica ao conjunto; Fornecer proteo contra o ataque de leos, cidos, sais, etc.

s vezes, a fita tem uma face coberta com substncia adesiva, para permanecer firme no lugar onde colocada. Rotor: Constitudo tambm de chapas de ferro-silcio laminado, com ranhuras uniformemente distribudas, onde esto alojados os condutores do enrolamento do rotor (tambm denominado de enrolamento rotrico). So dois os tipos de enrolamentos rotricos.

Figura 1.20: Rotor de uma mquina Assncrona TIPOS DE ROTORES Rotor em Curto-Circuito (ou em Gaiola de Esquilo) O enrolamento do rotor consiste em barras condutoras dispostas ao longo do rotor e em todo o seu permetro, curto-circuitadas nas extremidades por anis condutores. Utiliza-se o termo Gaiola de Esquilo pois o rotor assemelha-se s gaiolas em que os esquilos brincam, quando em cativeiro. Estas barras so geralmente de alumnio mas podem tambm ser de cobre ou outro condutor. Este o motor mais comum hoje em dia pois tem diversas vantagens relativamente ao motor de rotor bobinado e aos motores de corrente contnua, nomeadamente o facto de no ter anis colectores nem escovas.

Caractersticas do motor com rotor em curto-circuito a) Construo fcil e robusta; em virtude da transmisso indutiva da potncia de excitao sobre o rotor, no h passagem de corrente de peas fixas sobre peas mveis. Disto resulta, na compra e na utilizao de um motor mais barato e com pouca manuteno. b) Possibilidade de partida sob plena carga, pois na partida est presente um conjugado de 2 a 2,8 vezes maior que o conjugado nominal. c) Conjugado mximo maior que o conjugado de partida de partida, e por isto prova de picos de carga e de sobrecarga. d) A rotao se altera pouco perante a variao de carga (caracterstica paralela). e) Bom rendimento e fator de potncia (cerca de 0,8). f) Mudando a ligao do enrolamento do estator, de estrela para tringulo, possvel o emprego deste motor em duas redes de tenso por fase, na relao 1:1,173, (por exemplo 220/380V), mantendo a potncia e as mesmas condies de servio. Recomenda-se porm, para potncias pequenas, a ligao em estrela, e para potncias grandes em tenses mais elevadas (440V), a ligao tringulo.

g) A corrente de partida destes motores com rotor curto-circuitado da ordem de 5 a 8 vezes o valor da corrente nominal. Note-se que, quanto menor o nmero de plos, maior a corrente. Por esta razo, as empresas concessionrias de energia eltrica, limitam a potncia mxima destes motores diretamente ligados a rede, girando o seu valor normalmente em torno de 5CV. A maneira mais simples de limitar a corrente de partida pelo emprego de uma chave estrela-tringulo. Rotor Bobinado O enrolamento do rotor similar ao enrolamento do estator. Este tipo de motor tem tambm anis colectores e escovas que, ao conduzirem a corrente gerada no rotor para o exterior, permitem, atravs de resistncias variveis, limitar a corrente no arranque e controlar a velocidade de rotao do motor. Os motores com rotor bobinado so usados, sobretudo: a) Em acionamentos, que devem fornecer um elevado conjugado de partida com reduzida corrente, portanto recomendado para a partida de grandes motores a plena carga, ou sob carga pesada, com longo tempo de partida, onde preciso acelerar grandes massas, como por exemplo centrfugas. b) Para potncias de motores, que j no permitem ligao pelos mtodos normais de partida, da rede de alimentao pblica. c) Para acionamentos de reguladores de velocidade VELOCIDADE As bobinas do estator esto dispostas de tal forma, que o campo magntico criado gira ao longo do estator. A velocidade de rotao do campo girante constante e denominada velocidade de sincronismo. Em qualquer motor de induo, a velocidade do rotor (que a mesma do eixo) sempre menor que a velocidade sncrona (do campo girante). Se, por hiptese, o rotor conseguisse alcanar a velocidade sncrona, ento o campo girante e o rotor gaiola estariam efetivamente parados (um em relao ao outro), no haveria variao relativa de fluxo e, portanto induo. Em regime permanente, a velocidade do rotor depende da diferena relativa das freqncias da tenso de alimentao e da tenso induzida no rotor, da seguinte forma:

Em que f a frequncia da tenso de alimentao e p o nmero de plos do motor. Da expresso anterior, quanto maior for o nmero de plos magnticos (sempre em nmero par) - p, tanto menor ser a frequncia do campo girante, diminuindo por isso a velocidade de sincronismo Nr. possvel arranjar os enrolamentos do estator de modo a obter motores de 2, 4, 6, 8, 10, 12 plos, etc. Motores de mais de 12 plos no so normalmente utilizados:

Figura 1.21: Localizao dos plos de um motor de induo. ESCORREGAMENTO A diferena relativa entre a velocidade do rotor e a velocidade sncrona em um motor de induo expressa atravs de um parmetro chamado escorregamento, smbolo s, definido da seguinte maneira: Em que ns a velocidade de sincronismo e n a velocidade de rotao do rotor. Por ser uma grandeza adimensional e menor que um, o escorregamento expresso normalmente em porcentagem. Para compreender melhor o significado do escorregamento, considere, por exemplo, um motor de induo trifsico de 4 plos sendo alimentado por uma rede de 60 Hz. A velocidade do campo girante (sncrona) desse motor : Se a velocidade do rotor do motor em vazio (sem carga) 1780 rpm, o escorregamento nessa situao ser: Por outro lado, se a velocidade do motor quando em plena carga (nominal) 1200 rpm, ento o escorregamento ser: Como se observa, o escorregamento vai aumentando medida que a carga mecnica exigida do motor aumenta, pois o rotor vai se atrasando para permitir uma maior induo e aumentar o torque. Em repouso, a freqncia da fem induzida no rotor igual freqncia do campo magntico girante. Por outro lado, se o rotor fosse capaz de girar mesma velocidade do campo magntico girante, no haveria tenso induzida (isto corresponde ao condutor ficar sob o plo norte e permanecer sob este plo). Logo a freqncia das tenses induzidas no rotor varia inversamente com a velocidade do rotor, desde um mximo (freqncia da linha) com o rotor em repouso, at a frequncia nula na velocidade sncrona. Assim, a frequncia da tenso (ou corrente) induzida no rotor dada por: f r = f .s. Onde: f: frequncia da tenso aplicada ao estator (frequncia da linha).

Exemplo 3: Um MIT de 4 plos opera a 60 Hz Se o escorregamento vale 5% a plena carga, calcule a freqncia da tenso induzida no rotor: a) no instante da partida, b) a plena carga. Pois nr = 0, logo f r = f .s = 60Hz A pena carga s = 0,05 Logo f r = f .s = 0,05(60) = 3 Hz O deslizamento do motor depender de: Perdas mecnicas por atrito (apoios e rolamentos) e arrastamento (ar) Carga imposta Quando o motor roda em vazio, o deslizamento muito pequeno, pois o binrio necessrio mnimo (apenas o suficiente para suportar as perdas mecnicas). medida que o pedido de carga vai aumentando, o deslizamento vai aumentando, at que no limite o binrio (resistente) tanto que o motor no roda e s = 1. Quando maior o motor, menos deslizamento ele tem. Valores tpicos para o deslizamento so da ordem de 0.5% em vazio e entre 3% a 5% sua carga nominal (plena carga), dependendo do tipo de motor. RENDIMENTO tambm muito importante referir que o deslizamento est intimamente relacionado com o rendimento do motor. De facto, quanto maior o deslizamento, maiores as perdas, sendo menor o rendimento do motor. O deslizamento plena carga d uma ideia do rendimento do motor ( 100% - s). O rendimento de um motor tanto maior quanto maior a sua potncia (o deslizamento diminui com a potncia). Valores tpicos de rendimento para motores de induo trifsicos de rotor em curto-circuito so de 80% para um motor de 0.75 kW, 95% para potncias de 100 kW e mais de 98% para motores de grandes potncias. Obviamente que quanto mais a velocidade de rotao se aproximar da velocidade de sincronismo, melhor ser o rendimento do motor (menor o deslizamento). BINRIO (TORQUE) Refere-se fora que um motor pode disponibilizar a uma determinada rotao. O binrio motor plena carga pode ser conhecido, se forem conhecidas potncia e a velocidade plena carga, pela seguinte expresso:

Em que a unidade do binrio T o Newton.Metro (N.m), a unidade da potncia P o KiloWatt (KW) e a unidade da velocidade de rotao n rotaes por minuto (rpm). Quando o motor roda plena carga, o binrio desenvolvido pelo motor ser igual ao binrio necessrio para manter a carga a rodar quela velocidade. Durante o arranque, contudo, o binrio desenvolvido pelo motor ter de ser superior ao imposto pela carga, caso contrrio o motor no acelera.

CORRENTE SOLICITADA PELO MOTOR A potncia mecnica no eixo de um motor expressa em HP ou CV. A potncia eltrica de entrada, maior que a potncia mecnica, igual a potncia do motor dividida pelo rendimento (em torno de 80% para a maioria dos motores). A corrente nominal do motor, em amperes, pode ser obtida ento da seguinte expresso:

Onde: V: tenso entre fases; FP : fator de potncia;

K: constante igual a 3 para motor trifsico : rendimento

Exemplo 2: Determine a corrente nominal para um motor de 15 HP, trifsico, 220 V entre fases, fator de potncia 0,9 indutivo e rendimento de 82 %. VELOCIDADE PERIFRICA Define-se como velocidade perifrica de uma mquina a velocidade com que se desloca a superfcie perifrica do rotor. Assim sendo, se D o dimetro do rotor expresso em metros e n, o nmero de rotaes por minuto do mesmo, a velocidade perifrica em metros por segundo, expressa por: A velocidade perifrica dos motores assncronos no pode exceder determinados limites, pois, se isso ocorrer, a fora -centrfuga que se produz pode comprometer a estabilidade das maSSas em rotao. A velocidade perifrica admissvel varia entre limites muito amplos, conforme fig 1.7.

Figura 1.22: Localizao dos plos de um motor de induo.

SIGNIFICADO DOS DADOS DE PLACA As principais especificaes de um motor de induo so normalmente informadas pelo fabricante atravs de uma plaqueta fixada no motor. A figura abaixo ilustra uma dessas placas de identificao. Para instalar adequadamente um motor, imprescindvel que o instalador saiba interpretar os dados de placa. Estes dados so: Nome e dados do fabricante; Modelo (MOD); Potncia (CV, HP, KW); Nmero de fases (por exemplo, TRIFSICO ou 3FAS); Tenses nominais (V); Freqncia nominal (Hz); Correntes nominais (A); Ip/In (quantas vezes a corrente de partida maior que a nominal); Velocidade nominal (RPM); Categoria (CAT); Fator de servio (FS); Classe de isolamento (ISOL. CL.); Letra-cdigo (COD); Regime (REG); Grau de proteo (PROTEO IP); Ligaes

Figura 1.23: Placa de identificao de motores. A interpretao do significado dos principais dados (os demais podem ser encontrados no manual dos fabricantes) descrita em seguida. Se o motor trifsico, a potncia especificada (5 CV) a potncia til trifsica (mecnica no eixo); As tenses especificadas so sempre tenses de linha (valor eficaz); As correntes especificadas so sempre correntes de linha (valor eficaz); valor nominal de plena carga; A velocidade especificada a velocidade nominal do rotor (eixo), geralmente em rpm;

Os motores freqentemente podem ser ligados em duas ou mais tenses, dependendo de como so conectados os enrolamentos do estator, em delta ou estrela.

Categorias Conforme as suas caractersticas de conjugado em relao velocidade e corrente de partida, os motores so classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga. Estas categorias so definidas em norma, e so as seguintes: Categoria A - Conjugado de partida normal; corrente de partida alta; baixo escorregamento (cerca de 5%). Motores usados onde no h problemas de partidas nem limitaes de corrente. Categoria B - Conjugado de partida normal; corrente de partida normal; baixo escorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, mquinas operatrizes, etc. Categoria C - Conjugado de partida alto; corrente de partida normal; baixo escorregamento. Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, transportadores carregados, cargas de alta inrcia, etc. Categoria D - Conjugado de partida alto; corrente de partida normal; alto escorregamento (mais de 5%). Usados em prensas excntricas e mquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos peridicos. Usados tambm em elevadores e cargas que necessitam de conjugados muito altos e corrente de partida limitada. Categoria F - Conjugado de partida baixo; corrente de partida baixo; baixo escorregamento. Pouco usados, destinam-se a cargas com partidas frequentes, porm sem necessidade de altos conjugados e onde importante limitar a corrente de partida. Fator de servio O fator de servio, um fator que aplicado potncia nominal, indica a carga permissvel que pode ser aplicada ao motor. Esse fator refere-se a uma capacidade de sobrecarga contnua, ou seja, uma reserva de potncia que d ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condies desfavorveis. Classe de isolamento A classe de isolamento, indicada por uma letra normalizada, identifica o tipo de materiais isolantes empregados no isolamento do motor. As classes de isolamento so definidas pelo respectivo limite de temperatura; so as seguintes, de acordo com a ABNT:Classe A = 105C Classe E = 120C Classe B = 130C Classe F = 155C Classe H = 180C

Letra-cdigo A letra-cdigo (cdigo de partida) indica a corrente de rotor bloqueado, sob tenso nominal.

Regime O regime o grau de regularidade da carga a que o motor submetido. Os motores normais so projetados para regime contnuo, isto , um funcionamento com carga constante, por tempo indefinido, desenvolvendo potncia nominal. So previstos, por norma, vrios tipos de regimes de funcionamento. Grau de proteo O grau de proteo um cdigo padronizado, formados pelas letras IP seguidas de um nmero de dois algarismos, que define o tipo de proteo do motor contra a entrada de gua ou de objetos estranhos. 1 algarismo Indicao Sem proteo Corpos estranhos acima de 50mm Corpos estranhos acima de 12mm Corpos estranhos acima de 2,5mm Corpos estranhos acima de 1,0mm Proteo contra acmulo de poeiras prejudiciais ao motor. Totalmente protegido contra poeira. 2 algarismo Indicao Sem proteo Pingos de gua na vertical. Pingos de gua at a inclinao de 15o com a vertical. Pingos de gua at a inclinao de 60o com a vertical. Respingos em todas as direes. Jatos de gua em todas as direes. gua de vagalhes. Imerso temporria. Imerso permanente.

Algarismo 0 1 2 3 4 5 6 Algarismo 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Caractersticas Operacionais de um Motor de Induo O motor assncrono com rotor tipo gaiola simples e robusto, mas apresenta um srio inconveniente no momento da partida. Ao fechar-se o interruptor de comando do motor, o estator produz instantaneamente, o campo rotativo cujas linhas de fora, encontrando o rotor parado, provocam nas barras, variaes de fluxo com velocidade igual do campo rotativo. Sendo elevada esta velocidade, geram-se f. e. m. induzidas com valores capazes de produzir, nas barras ligadas em curto-circuito, correntes induzidas de elevada intensidade. Estas correntes induzidas, por efeito de reao, fazem com que o circuito estatrico absorva da linha de alimentao correntes com elevada intensidade. Na realidade o motor assncrono parado comporta-se como um transformador trifsico,

com o circuito secundrio fechado em curtocircuito. No, caso do motor, o circuito primrio representado pelo enrolamentoestatrico, ligado linha de alimentao, enquanto o secundrio representado pelo enrolamento rotrico fechado em curtocircuito. Por esta razo que s correntes de partida de um motor assncrono dse tambm o nome de correntes de curto-circuito. Quando o motor inicia o movimento, diminui a velocidade com que as linhas de fora do campo incidem sobre o rotor e, por conseguinte, diminui o valor das f. e. m. induzidas nas barras e as correntes correspondentes produzidas. Quanto maior for a velocidade do rotor, menor ser o valor das correntes rotricas. Teoricamente, o valor da corrente rotrica nulo quando o rotor alcana a velocidade do campo rotativo, isto , quando roda em sincronismo com este ltimo. Porm, sendo nulo o valor da corrente, nulo ser tambm o valor da toro motora e o rotor, para manter-se em movimento, obrigado a diminuir sua velocidade. Pelo exposto, o rotor do motor no pode nunca rodar em sincronismo com o campo rotativo indutor e por isso a este motor d-se o nome de assncrono. A corrente de partida, num motor assncrono com rotor em curtocircuito, pode alcanar valores at 10 vezes maiores do que os da corrente de funcionamento normal. Tais correntes sero limitadas, conforme ser visto mais tarde, por meio de dispositivos especiais de partida. O rotor de gaiola no indicado para motores que devem partir com carga, sendo empregado para potncias inferiores a 5 ou 6 cavalos. Esta restrio, entretanto, deixa de existir se o motor deve partir sem carga ou com carga reduzida. Resumo: Estando o motor desligado, ao aplicar-se a ele sua tenso nominal ele desenvolver seu torque de partida de tal modo que sua velocidade comea a crescer. Com o motor em movimento, o escorregamento diminui, pois o rotor est aumentando sua velocidade e o torque aumenta at a condio de torque mximo. Desta maneira a velocidade do motor ir aumentar ainda mais, reduzindo o escorregamento e simultaneamente o torque desenvolvido pelo motor. A velocidade do motor continuar a aumentar at um valor de escorregamento onde o torque desenvolvido torna-se igual ao torque aplicado. Neste ponto de equilbrio o motor continuar a girar na velocidade estabelecida at que o torque aplicado aumente ou diminua. A figura 1.24 mostra a relao entre os valores dos torques de partida, mximo e de plena carga desenvolvidos pelo motor em funo da sua velocidade e escorregamento. A figura mostra tambm a corrente no rotor do instante da partida (ponto a) at as condies de funcionamento em regime permanente, limitadas pelas posies a plena carga e a vazio (pontos c e d).

Fig. 1.24 Torque desenvolvido e corrente no rotor. PARTIDA DO MOTOR DE INDUO Embora haja algumas excees, de uma maneira geral, um motor de induo requer aproximadamente de seis a dez vezes a sua corrente nominal para partida a tenso nominal. Na maioria das utilizaes, residenciais ou industriais, pequenos motores de induo do tipo gaiola, de baixa potncia, podem partir com ligao direta rede, sem que se verifiquem quedas na tenso de suprimento e sem que se verifique no motor um grande aumento do perodo de acelerao, desde o repouso, at sua velocidade nominal. Pelos elevados valores das correntes de partida as concessionrias de energia responsveis pelo fornecimento de energia residencial e comercial estabelecem limites de potncia para a partida a plena carga de grandes motores. Deve-se, portanto utilizar sistemas de partida visando diminuio da corrente de partida. No meio industrial, a adoo de um sistema de partida eficiente envolve consideraes quanto capacidade da instalao, requisitos da carga a ser considerada, alm da capacidade do sistema gerador. Tipos de partida: Partida direta; Partida estrela-tringulo Partida compensadora PARTIDA DIRETA Este tipo de arranque consiste em ligar a mquina, com o rotor em curto circuito, directamente rede de energia. caracterizado por uma grande simplicidade e por grandes correntes de linha que podem reflectir-se negativamente na rede elctrica de alimentao. Estes efeitos so tanto maiores quanto menor for potncia de curtocircuito da rede no local onde a mquina se encontrar ligada. Este processo de arranque ideal nos casos onde a intensidade de corrente de arranque aceitvel e se o binrio de arranque do motor for suficientemente superior ao da carga. A intensidade de corrente de arranque bastante elevada, da ordem de 4

a 8 vezes a intensidade nominal. Normalmente o binrio durante o arranque sempre maior do que o binrio nominal (salvo algumas excepes), sobretudo no caso de motores com gaiolas complexas. O binrio atinge um mximo a cerca de 80% da velocidade nominal. A partir deste valor a intensidade de corrente consideravelmente reduzida (fig.1.25).

Fig. 1.25 Caractersticas de arranque direto do motor de induo. Este tipo de arranque permite a entrada em funcionamento da mquina mesmo com plena carga se a rede admitir o pico de corrente. assim indicado para mquinas de pequena e mdia potncia. Normalmente os distribuidores de energia elctrica especificam em cada ponto da sua rede qual a potncia mxima do motor de induo em que se permite o arranque direto. Como o binrio, no instante de ligao, pode ser elevado (o que no o caso da figura 1.25), este processo desaconselhado quando se pretenda um arranque suave e progressivo como o caso de certas aplicaes (certos monta-cargas, tapetes, transportadores, etc). o mtodo mais simples, em que no so empregados dispositivos especiais de acionamento. A chave de comando direto existe em grande nmero de modelos e diversas capacidades de corrente, onde as principais so: Chave tipo faca; Interruptor simples; Chave rotativa tipo tambor; Chave simples para montagem em quadros, o contactor.

Fig. 1.26 Representao de chave faca sem fusvel e com fusvel, respectivamente. Os motores somente podem partir diretamente desde que sejam satisfeitas as seguintes condies:

A corrente nominal da rede to elevada que a corrente de partida do motor no relevante; A corrente de partida do motor de baixo valor porque sua potncia pequena; A partida do motor feita sem ou com mnima carga, o que reduz a corrente de partida. Nas concessionrias de fornecimento de energia eltrica permite-se partida direta de motores trifsicos at 5 CV em 220V e de 7,5CV em 380V. PARTIDA ESTRELA-TRINGULO (Y/) Consiste na alimentao do motor com reduo de tenso nas bobinas durante a partida. Na partida as bobinas do motor recebem 58% (1/ ) da tenso que deveriam receber. A chave estrela-tringulo um dispositivo que liga as trs fases do motor em estrela durante a partida at uma rotao prxima da nominal (90%), quando comuta a ligao para tringulo. Tendo o motor atingido uma velocidade considervel, os seus enrolamentos so ligados em tringulo (2 tempo) a que corresponde a situao normal de funcionamento. Isto significa que a tenso por fase na ligao estrela ser vezes menor que a tenso de alimentao, conseqentemente, a corrente de linha na partida ser vezes menor, assim como o seu conjugado motor e o seu binrio vem para 1/3 do binrio correspondente ligao em tringulo. fundamental para esta chave de partida que o motor tenha possibilidade de ligao em dupla tenso, (220/380V, 380/660 V, 440/760V) e que a menor tenso coincida com a tenso de linha da rede e os motores tenham no mnimo 6 terminais. As caractersticas de arranque neste caso esto indicadas na figura

Fig. 1.27 Caractersticas do Arranque Estrela-Tringulo. Na figura 1.27 pode-se verificar que o valor de binrio na situao inicial bastante baixo. , portanto um processo bem adaptado a situaes onde a caracterstica de carga caracterizada por um binrio reduzido no arranque ou para o arranque em vazio. Deve-se salientar que o valor eficaz da corrente que atravessa os enrolamentos do primrio descontnua, isto , na comutao de estrelatringulo a corrente anulada nestes enrolamentos durante um intervalo e s depois aplicada a tenso de tringulo. Na segunda ligao (tringulo) podem surgir picos de corrente elevados devidos ao regime sub-transitrio como se ver mais frente

A partida Y- de motores assncronos trifsicos recomendada de aplicao nos seguintes casos: Utilizao da chave estrela - tringulo: Quando no necessrio alto torque na partida, como por exemplo, quando o motor parte em vazio (sem carga no eixo). Na partida estrela-tringulo, no momento da ligao estrela, a tenso que a bobina fica submetida igual a 1/ 3 da tenso de linha, consequentemente, como o torque varia com o quadrado da tenso, a reduo da tenso aplicada na ligao estrela far com que o torque fique reduzido a (1/ 3) = 1/3 do seu torque normal. Neste caso para o dimensionamento correto da categoria do motor a ser aplicado, o torque reduzido dever ser ainda maior que o torque resistente da carga, nestas situaes em que o motor parta com algum tipo de carga no eixo. Quando o motor tiver 6 ou 12 terminais que permitam a ligao estrela-tringulo. Quando a tenso de alimentao da rede coincidir com a tenso de placa do motor na ligao tringulo ( - Y): EX. Tenso de linha: 380V Motor (380) / Y (660) Quando a instalao for alimentada pela rede secundria de distribuio (BT), a Concessionria de servio pblico prescreve nas condies gerais de fornecimento, que motores trifsicos com potncia superior a 5 cv at 30 cv, devero ser equipados com dispositivos para reduo da corrente de partida, podendo ser usada chave Y-. A seguir apresentado um quadro resumo das tenses nominais mltiplas mais comuns, que so possveis de ligao do motor em estrela-tringulo, bem como os respectivos diagramas de ligao: REDE 220V 380V 220V 440V LIGAO/TENSO DE PLACA DO MOTOR Y Y 220 / 380V 380 / 660V 220 / 380 / 440 / 760V 220 / 380 / 440 / 760V N TERMINAIS 6 6 12 12

Diagramas de ligao: Motor de 6 terminais (Rede 220V ou 380V)R 1 S 2 T 3 1 2 3

R

S

T

4

5

6

Y

Motor de 12 terminais: Rede 220V (Ligao paralela)

R 1 7

S 2 8

T 3 9

R 1 7

S 2 8

T 3

4

10

5

11 Y paralelo

6

12

4

10

5

11

6

paralelo

Rede 440V (Ligao srie)R 1 S 2 T 3 R 1 S 2 T 3

4 7

5 8

6 9

4 7

5 8

6 9

10

11 Y srie

12

10

11

12 srie

Vantagens e desvantagens da utilizao da chave Y- Vantagens: A chave estrela-tringulo muito utilizada pelo seu custo reduzido; No tem limites quanto ao nmero de manobras; Os componentes eletromecnicos ocupam pouco espao; A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3; A instalao e manuteno mais simples do que a chave srie-paralela e compensadora; No exige mo de obra especializada em eletrnica de potncia para teste e manuteno. Desvantagens: A chave s pode ser aplicada a motores cujos 6 ou 12 terminais sejam acessveis; A tenso da rede deve coincidir com a tenso em tringulo do motor; Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente nominal, reduz-se tambm o conjugado de partida para 1/3; Caso o motor no atinja pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na comutao de estrela para tringulo ser quase como se fosse uma partida direta, o que torna prejudicial aos contatos dos contatores e no traz nenhuma vantagem para a rede eltrica; Outro inconveniente, que durante a comutao, um desligamento momentneo do estator da rede de alimentao, pode levar a surtos transitrios de corrente muito intensos.

Durante a transio de Y para , o estator desconectado da rede de alimentao por um tempo que pode variar tipicamente de 0,1 a 0,3 s. Devido a corrente do rotor, que no se extingue imediatamente, estabelece no entreferro um campo fixo em relao ao rotor, e, portanto, girante em relao ao estator, induzindo fora eletromotriz nos terminais estatricos abertos. Devido ao escorregamento a f.e.m induzida nos terminais do estator ter uma freqncia menor que a da rede. Quando a ligao tringulo for completada, a f.e.m induzida estar defasada em relao a tenso da rede, podendo ir de uma oposio uma coincidncia de fase (casos extremos). Dependendo da situao de cada fase, poder-se-o produzir picos de corrente e de conjugado muito altos. Para se ter uma idia, h registros de picos de conjugado motor de 20 vezes o conjugado nominal. Esta situao leva, em alguns casos, a danos no equipamento acionado ou na luva de acoplamento motor-mquina acionada. Uma alternativa para minimizar os problemas oriundos da reconexo quando da transio de Y para , o uso de chave estrela tringulo de transio fechada, porm uma soluo muito mais dispendiosa e rara de se aplicar. A instalao e manuteno demandam um maior tempo do que a chave de partida direta. No propicia uma rampa de acelerao contnua at a tenso de regime, j que o MIT parte com pedestal fixo de tenso e quando o motor atinge 90% da rotao, pula para a plena tenso. PARTIDA COMPENSADORA Este sistema consiste na utilizao de um autotransformador, ligado em srie com as bobinas, que reduz a corrente absorvida da linha devido a reduo de tenso, onde a corrente sofre uma reduo proporcional a queda de tenso. Este mtodo possui um alto custo inicial, mas possibilita um melhor ajuste da corrente, cujo este ajuste feito simplesmente mudando a tenso fornecida ao motor atravs dos taps ou regulador do autotransformador. Normalmente este autotransformador de partida vem equipado com taps ou bornes de 65% e 80%. A reduo da corrente de partida depende do Tap em que estiver ligado o autotransformador. Esta chave pode ser usada para motores que partem com carga, onde o conjugado resistente de partida da carga deve ser inferior metade do conjugado de partida do motor e o motor que vai utilizar a partida compensadora pode ser de tenso nica, com apenas trs terminais. Normalmente, este tipo de partida empregado em motores de potncia elevada, acionando cargas com alto ndice de atrito tais como britadores, mquinas acionadas por correias, calandras e semelhantes. Vantagens: A comutao da derivao de tenso reduzida para a tenso de suprimento no acarreta elevao da corrente, j que o autotransformador comportase, neste instante, semelhantemente a uma reatncia que impede o crescimento da mesma; A variao gradativa dos taps. Desvantagens: Custo elevado em relao a chave Y-; Volumosa e pesada.

Comparativo entre a chave estrela-tringulo e a compensadora: ESTRELA-TRINGULO COMPENSADORA Custo menor Custo maior Menores dimenses Tipo de chave com maiores dimenses Deve partir praticamente a vazio Admite partidas com carga, pois pode variar o tap conforme exigncia da carga, como ex. as partidas longas A corrente de partida reduzida para A corrente de partida reduzida para 64% 33% no tap de 80% e 42% no tap de 65% PARTIDA ATRAVS DE CHAVE SRIE-PARALELA Este sistema permite o motor partir com tenso reduzida em suas bobinas, proporcionando uma reduo de corrente para 25% do seu valor para partida direta. Ela apropriada para cargas com partida necessariamente em vazio, pois o conjugado de partida fica reduzido a 1/4 de seu valor para tenso nominal, sendo utilizada para motores de 4 tenses e no mnimo 9 terminais, sendo dividida em dois tipos: a - Tringulo srie-paralelo - (-) - chave de partida prpria para motor com a execuo dos enrolamentos em 220/380/440/660 ou 220/440, onde a tenso da rede, nesta especificao, deve ser necessariamente 220 V. Na partida executa-se a ligao tringulo srie (), apto a receber 440 V e aplica-se a tenso de 220 V. Aps a partida o motor deve ser ligado em tringulo paralelo () assim as bobinas passam a receber tenso nominal de 220 V.

b - Estrela srie-paralelo (Y-YY) - chave de partida prpria para motor com execuo dos enrolamentos em 220/380/440/760 ou 380/760, onde a tenso da rede, nesta especificao, deve ser necessariamente 380 volts. Na partida executa-se a ligao estrela srie, apto a receber 760 volts e aplica-se tenso de estrela-paralelo 380 volts. Aps a partida o motor deve ser ligado em estrela paralelo (YY), assim as bobinas passam a receber a tenso nominal. Os desenhos a seguir mostram os dois momentos de funcionamento deste sistema:

O quadro a seguir mostra as chaves que podem ser utilizadas para a respectiva execuo de enrolamento, nmero de cabos e tenso da rede:

PARTIDA DE MOTOR DE INDUO DE ROTOR BOBINADO Nos motores de elevada potncia preciso usar dispositivos de partida capazes de melhorar a defasagem entre tenso e corrente, a fim de poder diminuir a intensidade desta ltima e assim mesmo obter um considervel conjugado de partida. Como o ponto crtico verifica-se unicamente no momento de partida, tal dispositivo deve atuar nesta fase para ser depois retirado do circuito, a fim de no prejudicar o rendimento do motor no seu funcionamento normal. O torque de partida do motor de induo de rotor bobinado pode ser ajustado por meio de resistncias externas associadas ao circuito do rotor, ou seja, atravs da conexo de resistores variveis em srie com cada bobina do rotor. Limitando-se a corrente no circuito do rotor, com torque adequado no instante da partida, a corrente de linha no estator consideravelmente reduzida. A figura 1.28 mostra um esquema de tal motor, sem os anis coletores e com os detalhes do sistema de controle composto de resistncias. Na posio desligado, mesmo com o motor energizado, o rotor no gira devido ao circuito do rotor estar aberto. O motor arranca ao primeiro contato da chave com a posio de mxima resistncia. O motor ir acelerar na medida em que a manopla move-se no sentido horrio, diminuindo se a resistncia do rotor. Na posio final, o rotor completamente curto-circuitado. Se o dispositivo for projetado de tal modo que as resistncias permaneam no circuito, o dispositivo de partida pode servir tambm como controlador de velocidade.

Fig. 1.28 Resistncia para partida do MIT a rotor bobinado. FRENAGEM DOS MOTORES ASSNCRONOS Frenagem por contra-corrente Este tipo de frenagem consiste em desligar o motor da rede e voltar a lig-lo de novo sobre ela, mas de modo a que o campo girante rode em sentido inverso. A figura 1.29 ilustra este processo. Em funcionamento normal so considerados positivos o sentido de rotao da mquina bem como o sentido do binrio que esta desenvolve. Se se mantiver esta conveno e se se trocar o sentido do campo girante, ento a nova curva electromecnica aquela que se representa na figura 1.29 e que se designa por 2. O binrio de frenagem ser constitudo pelo binrio da carga somado do binrio do motor. Assim este modo bastante eficaz. A mquina deve ser desligada no momento oportuno de modo a evitar que comece a funcionar em sentido inverso. Para isso so utilizados para o comando, quando a velocidade se aproxima de zero, diversos dispositivos apropriados: detectores centrfugos, dispositivos cronomtricos etc.

Fig. 1.29 Curva do processo de frenagem por contra-corrente. A frenagem faz-se custa de grandes perdas de energia nas resistncias do rotor. A energia dissipada nas resistncias do rotor durante a frenagem por contra corrente trs vezes superior energia cintica do conjunto mquina-carga velocidade de sincronismo. Para que se possa escolher este processo necessrio que o motor suporte a frenagem em contra corrente para a carga a que se destina. Com efeito, alm dos aspectos trmicos importantes (3 vezes a energia cintica do conjunto dissipada nos enrolamentos do rotor) h tambm aspectos mecnicos importantes que tm de ser salvaguardados como por exemplo a carga no permitir uma frenagem rpida e

aspectos de ordem elctrica. Note-se que a corrente pedida rede um pouco superior corrente de arranque. Motor de rotor em gaiola Com o objectivo de obter uma frenagem mais suave, frequentemente so utilizadas resistncias ou indutncias em srie com cada fase do estator.

Fig. 1.30 Frenagem por contra-corrente com resistncias no estator Os inconvenientes da frenagem por contra corrente no motor de rotor em gaiola so tais que este processo s aplicado em certos casos, principalmente em aplicaes de baixa potncia, normalmente em mquinas ferramentas. Motor de rotor bobinado Quando se utilizar um motor de rotor bobinado, antes de se fazer a nova ligao rede (com duas fases trocadas), colocam-se de novo as resistncias rotricas que servem para o arranque. vulgar adicionar mais uma seco suplementar. O binrio de frenagem pode ser facilmente regulado para o valor desejado escolhendo uma resistncia rotrica conveniente. A energia dissipada no secundrio tambm neste caso no traz problemas de aquecimento do motor, pois a sua grande parte verifica-se nas resistncias adicionais que se encontram no exterior. No momento da inverso, a tenso do rotor sensivelmente o dobro da tenso no instante de arranque, o que impe em certos casos, precaues de isolamento. Modelamento das Mquinas Assncronas O modelo da mquina assncrona obtido de forma similar ao circuito eltrico anlogo do transformador apresentado no captulo 4, onde pode-se fazer a analogia do estator da mquina assncrona com o primrio do transformador. Da tem-se o modelo do estator apresentado na figura 1.31. Modelo do Estator :

Fig. 1.31 Modelo do estator da mquina assncrona por fase.

A corrente I1 pode ser decomposta em duas componentes: I2 - componente de carga que produz uma f.m.m. que contrabalanceia a f.m.m. induzida pela corrente do rotor. Io - componente de excitao; corrente adicional para criar o fluxo do entreferro. A corrente Io tambm tem duas componentes: Ip - corrente de perdas no ferro (ncleo), em fase com E1. Im - corrente de magnetizao, atrasada de 90 de E1. Tambm se pode fazer a analogia do rotor da mquina assncrona com o secundrio do transformador. A figura 1.32 apresenta o modelo do rotor da mquina assncrona. Modelo do Rotor :

Fig. 1.32 Modelo do rotor da mquina assncrona por fase. Motor Dahlander Motor Dahlander um motor eltrico trifsico que permite seu acionamento em duas velocidades distintas. As velocidades, que esto relacionadas ao nmero de rotaes no motor, so conseguidas com a estruturao dos enrolamentos do estator deste motor em dois conjuntos promovendo uma relao de 1:2. Ou seja, em uma forma de ligao o nmero de plos duas vezes maior que a outra. Apesar de j se ter grande desenvolvimento de equipamentos auxiliares para a variao da velocidade de motores eltricos, o uso do Motor Dahlander ainda vivel economicamente para aplicaes onde se deseja apenas uma mudana discreta das velocidades. Constituio do motor O Motor Dahlander tem em seu estator seis bobinas, que podem-se combinar de duas formas: estrela/tringulo e dupla estrela. Fechamento para baixa velocidade; Fechamento para alta velocidade

Em baixa velocidade, o fechamento e chamado de triangulo, isto e, o prprio fechamento tringulo, que e feito internamente no motor. Ja para alta velocidade, o fechamento e a dupla estrela (YY). A ligao Dahlander permite uma relao de plos de 1:2 o que corresponde a mesma relao de velocidade. Quando a quantidade de plos maior a velocidade mais baixa, quando menor a velocidade mais alta. Isso decorre da Formula : n = 120

x f x (1-s) / p, quando a freqncia 60 Hz, onde n = velocidade , p o nmero de plos, s = escorregamento e f a freqncia. Existem trs tipos de arranjos de ligao, que fornecem trs situaes: Conjugado constante, Potncia constante e Conjugado varivel. A escolha depende do tipo de carga que ser acionada. Por exemplo: nas bombas centrfugas e ventiladores, o conjugado aumenta quadraticamente com a velocidade, portanto varivel. No circuito de comando deve estar previsto o intertravamento eltrico entre os contatores que se energizados juntos causam curto circuito e se possvel at intertravamento mecnico. Igual cuidado deve ser tomado nos servios de montagem, evitando-se inverses que podem causar curtos circuitos, sentidos de rotao diferentes entre a alta e a baixa velocidade que pode causar avarias mecnicas nos equipamentos. Outra observao com relao aos reles trmicos que como aparece no diagrama de circuito de fora, so dois. Isso decorre da necessidade de ajustes de corrente diferente e devido mudar o lado de alimentao, quando ento o trmico no tem mais funo. O motor Dahlander pode ainda dispor de mais um enrolamento, o que possui dois enrolamentos distintos, sendo um comum e o outro com ligao Dahlander. Esse motor possibilita trs velocidades diferentes, uma vez que o motor comum pode, por exemplo, ser para 06 plos enquanto que o enrolamento Dahlander pode ser para 04 e 02 plos. Com tudo, este tipo de motor tem aplicao geral em maquinas que necessitam de trs velocidades distintas. A nica diferena desse motor com relao aos outros s uma, que nesse motor ambos os enrolamentos esto alojados em um nico estator. Como so enrolamentos distintos, no h ligao eltrica entre eles; Por estar no mesmo estator, o enrolamento Dahlander no pode ser fechado em tringulo. Esse fechamento s ser utilizado no momento de sua utilizao Velocidades As velocidades mais utilizadas em 60Hz na conexo Dahlander so : Velocidades 450 / 900; 900 / 1800; 1800 / 3600 (RPM), XVI e VIII plos; VIII e IV plos; IV e II plos respectivamente. 4 ou 2 plos = 1800 / 3600 RPM; 8 ou 4 plos = 900 / 1800 RPM; 12 ou 6 plos = 600 / 1200 RPM; 16 ou 8 plos = 450 / 900 RPM. Se conectarmos os enrolamentos em estrela ou em tringulo, a velocidade vai ser a menor, e se conectamos em dupla estrela a velocidade vai ser o dobro. Sendo assim, a potncia absorvida pelo motor na conexo em dupla estrela o dobro da absorvida na conexo em estrela e a potncia absorvida em dupla estrela, um 15% a mais do que a potncia absorvida na conexo tringulo. Alm disso, o rendimento em velocidade maior melhor do que em velocidade menor. Usos do motor Dahlander Este tipo de motor muito usado para guindastes, guinchos, transportadores, mquinas e equipamentos em geral e outras aplicaes que requerem motores

assncronos de induo trifsico com duas velocidades. As tenses disponveis para estes motores so: 220 V, 380 V e 440 V.

Fig. 1.33 Esquema de Ligao de motores dahlander.

Fig. 1.33 Placa de um motor dahlander. DANOS COMUNS A MOTORES DE INDUO CURTO ENTRE ESPIRAS O curto circuito entre espiras pode ser conseqncia de coincidirem dois pontos defeituosos na isolao dos fios. Nas trs fases se manifestam correntes desiguais cuja diferena depender do dano ocorrido. Poder ser to pequeno que a proteo no atue.

UMA FASE DE ENROLAMENTO QUEIMADA Este dano ocorre quando o motor trabalha ligado em tringulo e falta corrente numa fase. A corrente sobe de 2 a 2,5 vezes no enrolamento restante ao mesmo tempo em que a rotao cai acentuadamente.

DUAS FASES DE ENROLAMENTO QUEIMADAS Este defeito ocorrer se faltar corrente num condutor da rede e o enrolamento estiver ligado em estrela. Uma das fases fica com I = 0 enquanto as outras duas absorvem toda a potncia elevando suas correntes absorvidas.

TRS FASES DO ENROLAMENTO QUEIMADAS Sobrecarga: motor protegido somente com fusveis. A Conseqncia ser a carbonizao progressiva dos fios e da isolao, culminando com um curto entre espiras ou curto contra a massa. Ligao do motor incorreta: por exemplo, um motor 220/380 V ligado atravs de estrela-tringulo a uma rede de 380 V. A corrente absorvida ser to alta que o enrolamento queimar em poucos segundos.

CURTO ENTRE FASES Esta foto mostra um defeito tpico causado por uma falha de isolao entre as cabeas de bobinas de fases diferentes.

CURTO CONTRA MASSA DENTRO DA RANHURA Este dano pode ser oriundo de um curto entre espiras ou ainda de uma falha de isolao em relao a massa.

FASE DANIFICADA POR DESBALANCEAMENTO DA TENSO DA REDE A queima do isolamento de uma fase pode ser resultado de tenses desequilibradas. Um desequilbrio de tenso de 1% pode resultar num desequilbrio de corrente de 6 a 10%. QUEIMA POR ROTOR BLOQUEADO A queima total do isolamento em todas as fases do motor caracteriza que a corrente circulante foi muito elevada. Uma das condies pode ser o rotor bloqueado ou ainda devida a partidas e reverses excessivas. QUEIMA POR PICO DE TENSO Defeitos como este no isolamento so causados por pico de tenso, que ocorre muitas vezes na comutao de circuitos de fora, descargas atmosfricas, descargas de capacitores e de dispositivos de fora de semicondutores. CURTO CONTRA MASSA NA SADA DA RANHURA Outro defeito causado por falha de isolamento na sada de ranhura. Deve-se atentar no momento da acomodao das cabeas de bobinas para evitar o rompimento do material isolante. 2 - MOTORES DE INDUO MONOFSICOS (MIM) Os motores monofsicos so assim chamados porque os seus enrolamentos de campo so ligados diretamente a uma fonte monofsica. De modo geral os motores eltricos de induo monofsicos so a alternativa natural aos motores de induo polifsica, como residncias, escritrios, oficinas em zonas rurais. Entre os vrios tipos de motores eltricos monofsicos, os motores com rotor tipo gaiola se destacam pela simplicidade de fabricao e, principalmente, pela robustez, confiabilidade e longa vida sem necessidade de manuteno. Sua utilizao indicada para baixas potncias (1 a 2 KW). Por terem somente uma fase de alimentao, no possuem um campo girante como os motores trifsicos, mas sim um campo magntico pulsante. Isto impede que tenham torque de partida, tendo em vista que no rotor se induzem campos magnticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema utilizam-se enrolamentos auxiliares, que so dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictcia, permitindo a formao do campo girante necessrio para o arranque. Para solucionar o problema da partida utilizam-se enrolamentos auxiliares, que so dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictcia, permitindo a formao do campo girante necessrio para a partida. Supondo que o enrolamento do estator excitado por corrente alternada. Em um instante particular tm-se as correntes e os campos magnticos indicados na figura 9.1. Desprezando o efeito do rotor, este campo ir ser estacionrio no espao, porm pulsante em amplitude. Como o campo criado pelo enrolamento do estator no gira, no h torque de rotor bloqueado inerente. Fica patente a necessidade de arranjos especiais para que o motor monofsico possa efetuar sua partida atravs de recursos prprios.

Fig. 2.1 Campo magntico do motor monofsico TORQUE NO MIM Seja um MIM com rotor em gaiola e um enrolamento distribudo ao longo do estator. Considerando o rotor parado, a figura 2.2.a mostra o campo magntico resultante, num instante em que se tem o sentido instantneo da esquerda para a direita. Os sentidos das correntes induzidas no rotor, por ao transformadora tambm so mostradas. Devido lei de Lens, estas correntes esto num sentido tal que se opem ao campo que as produziu. Isto verificado atravs do sentido do campo devido corrente induzida nos condutores A e B.

Fig. 2.2 Torque equilibrado no rotor de um MIM O sentido do torque produzido pela interao entre a corrente induzida e o campo magntico em cada condutor do rotor mostrado pela seta em cada condutor (regra da mo esquerda: polegarfora, indicador-campo, mdio-corrente). O torque no

sentido horrio produzido pelos condutores da metade direita superior do rotor equilibrado pelo torque anti-horrio, associado aos condutores da mesma metade inferior, o mesmo acontecendo com a metade esquerda. O torque lquido nulo. Quando muda o sentido da tenso CA, inverte-se tudo e da mesma maneira o torque lquido continua nulo. A figura 2.2.b mostra o torque pulsante para um ciclo de tenso aplicada pela fonte CA em um condutor do rotor, cujo valor mdio nulo. Qualquer torque pulsante pode tambm ser representado como consistindo de dois torques girando em oposio e tendo campos de igual magnitude e velocidade angular, como mostra a figura 2.2.c. Na figura 2.2.d so apresentados, em linha tracejada, os torques devidos a 1 e 2. Cada um destes torques equivale ao torque resultante devido ao campo girante de um MIT, girando no sentido apropriado. A composio dos dois torques representa o torque efetivo aplicado ao MIM (linha cheia da figura 2.2.d). Conforme se pode observar nesta figura, o torque resultante ser nulo apenas quando o motor girar a velocidade sncrona em qualquer sentido ou quando o motor estiver parado, de tal modo que uma vez que o motor comea a girar num dado sentido, ele continuar a girar at que a alimentao seja retirada. O sentido do torque produzido pela interao entre a corrente induzida e o campo magntico em cada condutor do rotor mostrado pela seta em cada condutor (regra da mo esquerda: polegarfora, indicador-campo, mdio-corrente). O torque no sentido horrio produzido pelos condutores da metade direita superior do rotor equilibrado pelo torque anti-horrio, associado aos condutores da mesma metade inferior, o mesmo acontecendo com a metade esquerda. O torque lquido nulo. Quando muda o sentido da tenso CA, inverte-se tudo e da mesma maneira o torque lquido continua nulo. TIPOS DE MOTORES Existem basicamente cinco tipos de motores de induo monofsicos com rotor de gaiola, classificados de acordo com o arranjo auxiliar de partida empregado: motor de capacitor permanente, motor com dois capacitores, e motor de campo distorcido (ou plos sombreados). Tipos de Motores de induo monofsicos: Motor de fase dividida (ou split phase); Motor de plos sombreados (ou shaded pole); Motor de capacitor de partida (ou capacitor - start); Motor de capacitor permanente (ou permanent - split capacitor); Motor com dois capacitores (ou two-value capacitor).Motor de fase dividida (split-phase)

Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para a partida), ambos defasados no espao de 90 graus eltricos. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o conjugado necessrio para a rotao inicial e a acelerao. Quando o motor atinge uma rotao pr-determinada, o enrolamento auxiliar desconectado da rede atravs de uma chave que normalmente atuada por uma fora centrfuga (chave ou disjuntor centrfugo) ou em casos especficos, por rel de

corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar dimensionado para atuao somente na partida, seu no desligamento provocar a sua queima. O ngulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar pequeno e, por isso, estes motores tem conjugado de partida igual ou pouco superior ao nominal, o que limita sua aplicao a potncias fracionrias e a cargas que exigem reduzido ou moderado conjugado de partida, ventiladores e exaustores, mquinas ferramentas, pequenos polidores, compressores hermticos, bombas centrfugas, esmeris, mquinas de lavar, etc.

Fig. 2.3 Diagrama de ligaes e relaes de fase para o MIM de fase dividida O enrolamento de partida tem menos espiras e enrolado com fio de cobre de menor dimetro que o enrolamento de funcionamento. Assim, este enrolamento de partida tem uma resistncia elevada (fio fino: mais dificuldade a passagem da corrente) e uma baixa reatncia. Inversamente, o enrolamento de funcionamento tem baixa resistncia e elevada reatncia. As relaes de fase das correntes de rotor bloqueado no instante da partida so vistas na figura 2.3.b. Se os enrolamentos esto deslocados de 90 no espao e se as componentes das correntes em quadratura, que esto deslocadas de 90 no tempo, so praticamente iguais (Is.coss = Ir.cosr) um campo girante bifsico equivalente produzido na partida. Este campo produz ento um torque de partida suficiente para acelerar o rotor no sentido do campo bifsico equivalente girante. Em funcionamento, a chave centrfuga abre a um escorregamento de cerca de 25% (correspondente ao torque mximo), e o motor acelera at atingir seu escorregamento nominal (a no abertura da chave implicar na queima do motor). O MIM de fase dividida , por suas caractersticas de construo, um motor no reversvel, de baixo torque de partida, de difcil controle de velocidade e barulhento que fabricado com potncias menores que 3/4 HP.Motor de fase dividida com capacitor de partida (capacitor-start)

O tipo mais largamente utilizado o de partida a capacitor. um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferena reside na induo de um capacitor eletroltico em srie com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite um maior ngulo de defasagem entre as correntes do enrolamento principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados conjugados de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar desconectado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade

sncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade sncrona, a curva de conjugado com os enrolamentos combinados cruza a curva de conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor conjugado, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao fato de o cruzamento das curvas no ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrfugo no abrir sempre na mesma velocidade, prtica comum fazer com que a abertura acontea, na mdia, um pouco antes do cruzamento das curvas. Aps a desconexo do circuito auxiliar o seu funcionamento idntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado conjugado de partida (entre 200% e 350% do conjugado nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicaes e fabricado em potncias que vo de 1/4cv a 15cv.

Fig. 2.4 Esquema das bobinas de motor monofsico

Fig. 2.5 Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade A chave centrfuga da Ilustrao 2.5 serve para retirar o enrolamento de partida, do circuito do motor, assim que este atinja sua velocidade nominal. Esses motores so bivolts. Pode ser ligado em 110V e 220V. No entanto, para se fazer estas ligaes imprescindvel que se saiba quem comeo e quem fim de bobina. regra geral considerar-se o terminal 1 e o terminal 2 comeo de bobina. Os terminais 3 e 4 so considerados fins de bobina. J os terminais 5 e 6, do enrolamento auxiliar, so utilizados para definir o sentido de rotao do motor (lembre-se que os terminais 5 e 6 so desconectados do motor, pela chave centrfuga, quando o mesmo atinge a velocidade nominal).a) Pala a ligao em 110V, junta-se os trs bobinas em paralelo, veja a Ilustrao 69.

b)

Para a ligao para 220V, junta-se as bobinas do enrolamento de trabalho (principal) emsrie. Em paralelo com um dos enrolamentos principal coloca-se o enrolamento de partida.

Obs.: A inverso de rotao dos motores monofsicos ocorre com a inverso do enrolamento de partida (troca-se o 5 pelo 6) o motor dever parar para ocorrer a inverso.

Estes motores so reversveis atravs da inverso da polaridade do enrolamento auxiliar em relao do enrolamento principal, estabelecendo-se um campo rotacional bifsico no sentido oposto ao da rotao do rotor. Isto ocorre, pois a defasagem entre as correntes dos enrolamentos cerca de 82, e uma vez efetuado a inverso, se tem um torque elevado no sentido oposto, fazendo o motor parar e inverter a rotao enquanto que nos motores da fase dividida com partida a resistncia isto no ocorre pois a defasagem de apenas cerca de 25. O MIM de fase dividida a capacitor , por suas caractersticas de construo, um motor reversvel, com corrente de partida reduzida e torque de partida cerca de 2,31 maior que o do motor de fase dividida simples. Estes motores so fabricados at a potncia de 7,5 HP, sendo usados para acionar bombas, compressores, condicionadores de ar, mquinas de lavar de porte maior, etc.Motor de fase dividida com capacitor permanente (permanent-split capacitor)

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente energizados, sendo o capacitor do tipo eletrosttico. O efeito deste capacitor de criar condies de fluxo muito semelhantes s encontradas nos motores polifsicos, aumentando, com isso, o conjugado mximo, o rendimento e o fator de potncia, alm de reduzir sensivelmente o rudo. Construtivamente so menores e isentos de manuteno, pois no utilizam contatos e partes mveis, como nos motores anteriores. Porm seu conjugado de partida, normalmente inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicao a equipamentos que no requeiram elevado conjugado de partida, tais como: mquinas de escritrios, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrfugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras,

condicionadores de ar, pulverizadores, etc. So fabricados normalmente para potncias de 1/50 a 1,5cv.

Fig. 2.6 Esquema bsico MIM com capaitor permanente.Motor com dois capacitores (two-value capacitor)

um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: partida como a do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime como a do motor de capacitor permanente (figura 2.7). Porm, devido ao seu alto custo, normalmente so fabricados em potncias superiores a 1cv.

Fig. 2.7 Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidadeMotor de campo distorcido ou plos sombreados (shaded-pole)

O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de induo monofsicos, por seu processo de partida, que o mais simples, confivel e econmico. Construtivamente existem trs tipos: de plos salientes, tipo esqueleto e de enrolamento distribudos. Uma das formas mais comuns a de plos salientes, ilustrada esquematicamente na figura 2.8. Observa-se que uma parte de cada plo (em geral 25% a 35% do mesmo) abraada por uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relao ao fluxo da parte no abraada pela mesma. O resultado disto semelhante a um campo girante que se move na direo da parte no abraada para a parte abraada do plo, produzindo conjugado que far o motor partir e atingir a rotao nominal. O sentido de rotao, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraada do plo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um nico sentido de rotao. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posio da ponta de eixo do rotor em relao ao estator. Outros mtodos para se obter inverso de rotao so possveis, porm, tornam-se proibitivamente onerosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo conjugado de partida (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de

potncia. Devido a esse fato, eles so normalmente fabricados para pequenas potncias, que vo de alguns milsimos de CV at 1/4cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, so idias em aplicaes tais como: movimentao de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigerao, secadores de roupas e de cabelo), pequenas bombas e compressores, projetores de slides, toca-discos e aplicaes domsticas.

Fig. 2.8 Esquema bsico e caracterstica conjugado x velocidade MOTORES DO TIPO UNIVERSAL Podem funcionar tanto em CC como em CA; dai a origem de seu nome. O motor universal e o unico motor monofasico cujas bobinas do estator so ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses dois contatos, por sua vez, ligam em serie o estator e o rotor.

Fig. 2.10 Esquema eltrico do motor universal Observao: possvel inverter o sentido do movimento de rotao desse tipo de motor, invertendo-se apenas as ligaes das escovas, ou seja, a bobina ligada escova A dever ser ligada escova B e vice-versa. Os motores universais apresentam conjugado de partida elevado e tendencia a disparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor da tensao de alimentacao varia. Sua potencia nao ultrapassa a 500W ou 0,75cv e permite velocidade de 1500 a 15000rpm. Esse tipo de motor e o motor de CA mais empregado e esta presente em maquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras e outros eletrodomesticos, e tambem em maquinas portateis, como furadeiras, lixadeiras e serras.Funcionamento dos Motores Tipo Universal

A construcao e o principio de funcionamento do motor universal sao iguais ao do motor em serie de CC. Quando o motor universal e alimentado por corrente alternada, a variacao do sentido da corrente provoca variacao no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma, o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, nao havendo inversao do sentido da rotacao.

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