Dt 6-especificação de motores de alta tensão

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Motores alta tensao

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Dt 6-especificação de motores de alta tensão

  1. 1. DT-6MOTORES ELÉTRICOS ASSÍNCRONOS DE ALTA TENSÃO
  2. 2. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão ÍNDICEINTRODUÇÃO ................................................................................................................................. 51. HISTÓRICO DA MÁQUINA ELÉTRICA GIRANTE ......................................................................... 6 1.1. EVOLUÇÃO DO MOTOR ELÉTRICO ........................................................................................... 72. NOÇÕES FUNDAMENTAIS........................................................................................................... 9 2.1. MOTORES ELÉTRICOS............................................................................................................. 9 2.2. SISTEMA DE CORRENTE ALTERNADA TRIFÁSICA ..................................................................... 9 2.2.1. Ligações no Sistema Trifásico ...................................................................................... 9 2.3. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO .......................................................................................... 11 2.4. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO .......................................................................................... 12 2.4.1. Campo Girante ......................................................................................................... 12 2.4.2. Velocidade Síncrona.................................................................................................. 13 2.4.3. Escorregamento ....................................................................................................... 14 2.4.4. Conjugado e Potência ............................................................................................... 14 2.4.4.1. Relação entre conjugado e potência............................................................ 15 2.4.5. Rendimento.............................................................................................................. 15 2.4.6. Fator de Potência ..................................................................................................... 15 2.4.7. Corrente Nominal (A) ................................................................................................ 15 2.4.8. Energia e Potência Elétrica ........................................................................................ 16 2.4.8.1. Circuitos de corrente alternada ................................................................... 16 2.4.8.2. Potências aparente, ativa e reativa.............................................................. 17 2.4.8.3. Triângulo de potências (carga indutiva)....................................................... 17 2.5. DEFINIÇÕES......................................................................................................................... 17 2.5.1. Freqüência ............................................................................................................... 17 2.5.2. Tensão Máxima (VMáx)............................................................................................... 17 2.5.3. Corrente Máxima (IMáx) ............................................................................................. 17 2.5.4. Valor Eficaz de Tensão e Corrente (Vef e Ief) ............................................................... 17 2.5.5. Defasagem (φ) ......................................................................................................... 173. CARACTERÍSTICAS DA REDE DE ALIMENTAÇÃO ..................................................................... 18 3.1. TENSÃO NOMINAL ................................................................................................................ 18 3.1.1. Tensão da Rede de Alimentação em Função da Potência do Motor .............................. 18 3.2. FREQÜÊNCIA NOMINAL......................................................................................................... 18 3.2.1. Ligação em Freqüências Diferentes ............................................................................ 18 3.3. TOLERÂNCIA NA VARIAÇÃO DE TENSÃO E FREQÜÊNCIA ........................................................ 184. MOTORES DE ALTA TENSÃO WEG ............................................................................................ 20 4.1. NORMAS APLICÁVEIS............................................................................................................ 20 4.2. ORIENTAÇÃO PARA SELEÇÃO DE MOTORES........................................................................... 21 4.2.1. Linha Master "M" ...................................................................................................... 21 4.2.2. Linha High Performance "H" ...................................................................................... 22 4.2.3. Linha AGA ................................................................................................................ 235. CARACTERÍSTICAS DO AMBIENTE........................................................................................... 24 5.1. ALTITUDE ............................................................................................................................ 24 5.2. TEMPERATURA AMBIENTE .................................................................................................... 24 5.3. DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIA ÚTIL DO MOTOR NAS DIVERSAS COMBINAÇÕES DE TEMPERATURA E ALTITUDE......................................................................................................... 24 5.4. ATMOSFERA AMBIENTE ........................................................................................................ 25 5.4.1. Ambientes Agressivos ............................................................................................... 25 5.4.2. Ambientes Contendo Poeiras ou fibras ....................................................................... 25 5.4.3. Locais em que a Ventilação do Motor é Prejudicada .................................................... 25 5.4.4. Ambientes Perigosos................................................................................................. 25 5.4.4.1. Áreas de risco ............................................................................................ 25 5.4.4.2. Atmosfera Explosiva ................................................................................... 25 5.4.4.3. Classificação das áreas de risco .................................................................. 25 5.4.4.4. Classes de temperatura .............................................................................. 26 5.4.4.5. Equipamentos para Áreas de Risco.............................................................. 27 5.5. GRAUS DE PROTEÇÃO .......................................................................................................... 28 2
  3. 3. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão 5.5.1. Código de Identificação............................................................................................. 28 5.5.2. Tipos Usuais de Proteção .......................................................................................... 296. CARACTERÍSTICAS EM REGIME ............................................................................................... 30 6.1. ELEVAÇÃO DE TEMPERATURA - CLASSE DE ISOLAMENTO ...................................................... 30 6.1.1. Aquecimento no Enrolamento.................................................................................... 30 6.1.2. Vida Útil do Motor de Indução ................................................................................... 31 6.1.3. Classes de Isolamento .............................................................................................. 31 6.1.4. Medida da Elevação de Temperatura do Enrolamento ................................................. 33 6.1.5. Aplicação a Motores Elétricos..................................................................................... 33 6.2. REGIME DE SERVIÇO ............................................................................................................ 33 6.2.1. Regimes Padronizados .............................................................................................. 33 6.2.2. Designação do Regime Tipo ...................................................................................... 36 6.2.3. Potência Nominal...................................................................................................... 37 6.2.4. Potência Equivalente................................................................................................. 37 6.3. FATOR DE SERVIÇO (FS)....................................................................................................... 38 6.4. VELOCIDADE NOMINAL......................................................................................................... 38 6.5. CORRENTE NOMINAL (A) ...................................................................................................... 38 6.6. RENDIMENTO....................................................................................................................... 38 6.6.1. Importância do Rendimento ...................................................................................... 38 6.7. FATOR DE POTÊNCIA............................................................................................................ 39 6.7.1. Importância do Fator de Potência .............................................................................. 39 6.7.2. Correção do Fator de Potência................................................................................... 397. REFRIGERAÇÃO........................................................................................................................ 40 7.1. SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO............................................................................................... 40 7.1.1. Ventilação Axial ........................................................................................................ 40 7.1.2. Ventilação Mista - Carcaças 355 a 500 na Linha Master (Canais Axiais e Radiais) .......... 40 7.1.3. Ventilação Bilateral Simétrica - Carcaças 560 a 1000 - Linha Master (Canais Radiais) .... 428. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS ........................................................................................ 45 8.1. CARCAÇAS............................................................................................................................ 45 8.2. TROCADOR DE CALOR .......................................................................................................... 47 8.3. ESTATOR ............................................................................................................................. 48 8.4. BOBINAGEM ......................................................................................................................... 48 8.5. ROTOR................................................................................................................................. 50 8.5.1. Rotor de Gaiola ........................................................................................................ 50 8.5.2. Rotor Bobinado (ou de Anéis).................................................................................... 51 8.6. CAIXA DE LIGAÇÃO............................................................................................................... 53 8.6.1. Caixa de Ligação de Força......................................................................................... 53 8.6.2. Caixa de Ligação de Acessórios ................................................................................. 54 8.6.3. Caixa de Ligação do Rotor, Linha "M" com rotor de anéis ............................................ 55 8.7. EIXO .................................................................................................................................... 55 8.8. VENTILADOR ........................................................................................................................ 56 8.9. PLACA DE IDENTIFICAÇÃO.................................................................................................... 56 8.10. PINTURA ............................................................................................................................ 56 8.10.1. PLANO DE PINTURA WEG MÁQUINAS 212P.............................................................. 57 8.10.2. PLANO DE PINTURA WEG MÁQUINAS 212E.............................................................. 57 8.11. TERMINAIS DE ATERRAMENTO ........................................................................................... 58 8.12. FORMAS CONSTRUTIVAS NORMALIZADAS ........................................................................... 58 8.13. MANCAIS............................................................................................................................ 58 8.13.1. Mancal de Rolamento:............................................................................................. 58 8.13.2. Dimensionamento do mancal e Eixo para Acoplamento por Polias e Correias .............. 59 8.13.3. Mancal de Bucha .................................................................................................... 60 8.14. LIMITES DE RUÍDOS ........................................................................................................... 62 8.15. VIBRAÇÃO .......................................................................................................................... 63 8.15.1. Pontos de Medição.................................................................................................. 63 8.16. BALANCEAMENTO ............................................................................................................... 639. CARACTERÍSTICAS DE PARTIDA.............................................................................................. 64 3
  4. 4. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão 9.1. LIMITAÇÃO DA CORRENTE DE PARTIDA ................................................................................ 64 9.1.1. Chave Estrela-Triângulo ............................................................................................ 64 9.1.2. Chave Compensadora (Auto-Transformador) .............................................................. 64 9.1.3. Partida Estática ou Soft-Starter.................................................................................. 65 9.1.4. Partida com Inversor de Freqüência........................................................................... 65 9.1.5. Partida com Reostato para Motores de Anéis .............................................................. 69 9.2. COMPARAÇÃO ENTRE OS PRINCIPAIS MÉTODOS DE PARTIDA................................................ 7010. CARACTERÍSTICAS DE ACELERAÇÃO ..................................................................................... 71 10.1. POTÊNCIA NOMINAL........................................................................................................... 71 10.2. CONJUGADO RESISTENTE DA CARGA .................................................................................. 71 10.3. INÉRCIA DA CARGA ............................................................................................................ 73 10.4. CONJUGADO MÉDIO DA CARGA........................................................................................... 73 10.5. CONJUGADO E ROTAÇÃO DO MOTOR .................................................................................. 74 10.6. CATEGORIAS - VALORES MÍNIMOS NORMALIZADOS ............................................................ 75 10.7. TEMPO DE ROTOR BLOQUEADO (trb) ................................................................................... 75 10.8. CONJUGADO MOTOR MÉDIO (CMmed).................................................................................... 76 10.9. TEMPO DE ACELERAÇÃO ..................................................................................................... 76 10.10. POTÊNCIA DINÂMICA OU DE ACELERAÇÃO ........................................................................ 77 10.11. REGIME DE PARTIDA ........................................................................................................ 79 10.12. CORRENTE DE ROTOR BLOQUEADO .................................................................................. 79 10.12.1. Valores Máximos Normalizados .............................................................................. 79 10.12.2. Indicação da Corrente ou Letra Código................................................................... 7911. SELEÇÃO E APLICAÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS DE ALTA TENSÃO ............ 8012. PROTEÇÃO E ACESSÓRIOS DE MOTORES ELÉTRICOS ........................................................... 82 12.1. PROTEÇÃO DO ESTATOR .................................................................................................... 82 12.1.1. Proteção Contra Curtos-Circuitos.............................................................................. 82 12.1.2. Proteção Contra Surtos de Tensão - Supressão de Transientes .................................. 82 12.1.3. Proteção Diferencial ................................................................................................ 82 12.2. PROTEÇÃO TÉRMICA PARA MOTORES DE ALTA TENSÃO ...................................................... 83 12.2.1. Termoresistores...................................................................................................... 83 12.2.2. Termistores (PTC e NTC)......................................................................................... 83 12.2.3. Termômetro ........................................................................................................... 84 12.2.4. Termostatos ........................................................................................................... 8413. ENSAIOS................................................................................................................................. 86 13.1. TIPOS DE ENSAIOS............................................................................................................. 86 13.1.1. Ensaio de Rotina..................................................................................................... 86 13.1.2. Ensaio de Tipo........................................................................................................ 86 13.1.3. Ensaios Especiais .................................................................................................... 86 13.2. LABORATÓRIO DE ENSAIOS ................................................................................................ 86 13.2. RELATÓRIOS DE ENSAIO .................................................................................................... 88 13.2.1. Relatório de Tipo .................................................................................................... 88 13.2.1. Relatório de Rotina ................................................................................................. 89 13.2.1 Relatório de Vibração ............................................................................................... 90 13.2.1. Relatório de Ruído .................................................................................................. 9114. ANEXOS .................................................................................................................................. 92 14.1. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES ............................................................................ 92 14.1.1. Generalidades......................................................................................................... 92 14.2. CONVERSÃO DE UNIDADES................................................................................................. 93 14.3. EXEMPLOS DE RANHURAS................................................................................................... 94 14.3.1. Ranhura do Estator para Bobinas de Alta Tensão Rotor com Ranhuras para Injeção de Alumínio ............................................................................................................................ 94 14.3.2. Ranhura do Estator para Bobinas de Baixa Tensão Rotor com Ranhuras para Injeção de Alumínio ............................................................................................................................ 95 14.3.3. Ranhura do Estator para Bobinas de Alta Tensão Rotor com Ranhuras para Injeção de Alumínio ............................................................................................................................ 96 4
  5. 5. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão INTRODUÇÃO Este curso tem por objetivo permitir aos profissionais conhecer e saber o que é necessário paraespecificar um motor de corrente alternada (CA) de indução de alta tensão, compreender o funcionamento, ostipos de acionamentos, os tipos de motores e o dimensionamento destes em função dos tipos de carga. Serãoabordadas as características construtivas, instalação, regime de serviço, aplicações, tipos de ensaios, normas eoutros. 5
  6. 6. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão1. HISTÓRICO DA MÁQUINA girava diante de duas bobinas fixas com um núcleoELÉTRICA GIRANTE de ferro. A corrente alternada era transformada em corrente contínua pulsante através de um comutador.O ano de 1866 pode ser considerado, em termos Grande sucesso obteve o motor elétricopráticos, como o ano de nascimento da máquina desenvolvido pelo arquiteto e professor de físicaelétrica, pois foi nesta data que o cientista alemão Moritz Hermann Von Jacobi - que, em 1838,Werner Siemens inventou o primeiro gerador de aplicou-o a uma lancha.corrente contínua auto-induzido. Entretanto, deve- Somente em 1866 Siemens construiu um geradorse mencionar que esta máquina elétrica, que sem a utilização de imã permanente, provando querevolucionou o mundo em poucos anos, foi o último a tensão necessária para o magnetismo podia serestágio de um processo de estudos, pesquisas e retirada do próprio enrolamento do rotor, isto é,invenções de muitos outros cientistas, durante que a máquina podia auto-excitar-se. O primeiroquase três séculos. dínamo de Werner Siemens possuía uma potênciaEm 1600 o cientista inglês William Gilbert publicou, de aproximadamente 30 watts e uma rotação deem Londres, a obra intitulada "De Magnete", 1200rpm. A máquina de Siemens não funcionavadescrevendo a força de atração magnética. O somente como gerador de eletricidade. Podiafenômeno da eletricidade estática já havia sido também operar como motor, desde que se aplicasseobservado pelo grego Tales, em 641 A.C., ele aos seus bornes uma corrente contínua.verificou que ao atritar uma peça de âmbar com Em 1879, a firma Siemens & Halske apresentou, napano esta adquiria a propriedade de atrair corpos feira industrial de Berlim, a primeira locomotivaleves, como pêlos, penas, cinzas, etc. elétrica, com uma potência de 2kW.A primeira máquina eletrostática foi construída em A nova máquina de corrente contínua apresentava1663, pelo alemão Otto Guericke, e aperfeiçoada vantagens em relação à máquina a vapor, à rodaem 1775 pelo suíço Martin Planta. dágua e à força animal. Entretanto, o alto custo deO físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fabricação e sua vulnerabilidade em serviço (porfazer experiências com correntes elétricas, verificou causa do comutador) marcaram-na de tal modo queao acaso, em 1820, que a agulha magnética de muitos cientistas dirigiram suas atenções para ouma bússola era desviada de sua posição norte-sul desenvolvimento de um motor elétrico mais barato,quando esta passava perto de um condutor no qual mais robusto e de menor custo de manutenção.circulava corrente elétrica. Esta observação permitiu Entre os pesquisadores preocupados com esta idéiaa Oersted reconhecer a íntima relação entre destacam-se o iugoslavo Nicola Tesla, o italianomagnetismo e eletricidade, dando assim o primeiro Galileu Ferraris e o russo Michael von Dolivopasso em direção ao desenvolvimento do motor Dobrowolsky. Os esforços não se restringiramelétrico. somente ao aperfeiçoamento do motor de correnteO sapateiro inglês William Sturgeon - que, contínua, mas também se cogitou de sistemas deparalelamente à sua profissão, estudava eletricidade corrente alternada, cujas vantagens já eramnas horas de folga - baseando-se na descoberta de conhecidas desde 1881.Oersted constatou, em 1825, que um núcleo de Em 1885, o engenheiro eletricista Galileu Ferrarisferro envolto por um fio condutor elétrico construiu um motor de corrente alternada de duastransformava-se em imã quando se aplicava uma fases. Ferraris, apesar de ter inventado o motor decorrente elétrica, observando também que a força campo girante, concluiu erroneamente que motoresdo imã cessava tão logo a corrente fosse construídos segundo este princípio poderiam, nointerrompida. Estava inventando o eletroímã, que máximo, obter um rendimento de 50% em relaçãoseria de fundamental importância na construção de à potência consumida. E Tesla apresentou, emmáquinas elétricas girantes. 1887, um pequeno protótipo de motor de induçãoMas as experiências com o magnetismo e a bifásico com rotor em curto-circuito. Também esteeletricidade não cessaram. Em 1832, o cientista motor apresentou rendimento insatisfatório, masitaliano S. Dal Negro construiu a primeira máquina impressionou de tal modo a firma norte-americanade corrente alternada com movimento de vaivém. Westinghouse, que esta lhe pagou um milhão deJá no ano de 1833 o inglês W. Ritchie inventou o dólares pelo privilégio da patente, além de secomutador, construindo um pequeno motor elétrico comprometer ao pagamento de um dólar para cadaonde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de HP que viesse a produzir no futuro. O baixoum imã permanente. Para dar uma rotação rendimento deste motor inviabilizoucompleta, a polaridade do eletroímã era alternada a economicamente sua produção e três anos maiscada meia volta através do comutador. A inversão tarde as pesquisas foram abandonadas.da polaridade também foi demonstrada pelo Foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firmamecânico parisiense H. Pixii ao construir um AEG, de Berlim, que, persistindo na pesquisa dogerador com um imã em forma de ferradura que 6
  7. 7. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensãomotor de corrente alternada entrou, em 1889, com antecessor em 1891. Confrontando-se os dados deo pedido de patente de um motor trifásico com catálogos de diferentes fabricantes, em diferentesrotor de gaiola. O motor apresentado tinha uma épocas, pode-se constatar que houve uma reduçãopotência de 80 watts, um rendimento aproximado de peso e, conseqüentemente, redução do tamanhode 80% em relação à potência consumida e um construtivo do motor (para uma mesma potência)excelente conjugado de partida. As vantagens do de aproximadamente 20% a cada década,motor com rotor de gaiola em relação ao de excetuando as duas últimas, nas quais a redução foicorrente contínua eram marcantes: construção mais menos acentuada. Isto mostra a necessidade desimples, silencioso, menor manutenção e alta revisão periódica das normas, para assim adaptar asegurança em operação. Dobrowolsky desenvolveu, relação entre potências e carcaças aos tamanhosem 1891, a primeira fabricação em série de motores alcançados através do desenvolvimento tecnológico.assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5kW. Esta evolução tecnológica é caracterizada principalmente, pelo desenvolvimento de novos materiais isolantes, os quais suportam temperaturas1.1. EVOLUÇÃO DO MOTOR ELÉTRICO mais elevadas. Atualmente os motores elétricos estão presentesO desenvolvimento de condutores esmaltados, dos em praticamente todas as instalações industriais,papéis ou filmes isolantes sintéticos, das chapas comerciais e residenciais.magnéticas, das ligas de alumínio e dos materiais Exemplos são os minúsculos motores que acionamplásticos contribuíram notoriamente para a redução os discos rígidos dos computadores, a infinidade deda relação peso x potência dos motores elétricos motores que acionam nossos eletrodomésticos e oscomo mostra a figura 1.1. gigantes motores que movimentam bombas,Observando-se o peso de um motor de mesma compressores, ventiladores, moinhos, extrusoras epotência no decorrer do tempo, podemos verificar outras infinidades de aplicações.que o motor atual tem apenas 8% do peso do seuFigura 1.1. - Evolução do motor trifásico AEG - Relação - Peso/Potência (motor trifásico de 4kW e 02 pólos). 7
  8. 8. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta TensãoTodos têm algo em comum, precisam de energia • Características do ambiente: (altitude,elétrica para produzir trabalho. Se por um lado é temperatura, agressividade, etc);inevitável o consumo de energia elétrica para a • Características da carga acionada (potência,utilização dos motores, por outro lado, a escolha rotação, esforços mecânicos, configuração física,adequada dos mesmos e alguns cuidados especiais conjugados requeridos, etc.).no seu uso podem economizar muita energia.Atualmente, a indústria, necessitando de motores O processo não envolve somente a coleta depara acionamento das mais variadas cargas e exige informações para a definição das característicasdos fabricantes a adequação a esta realidade, construtivas e de desempenho do motor, masobtendo-se desta forma uma gama elevada de também visa otimizar a escolha sob a ótica daequipamentos desta natureza, como mostra a figura economia e da confiabilidade.1.2.No campo de acionamentos industriais, que é o A dificuldade está em que cada um dos requisitosobjeto deste curso, estima-se que de 70 a 80% da anteriores são do conhecimento específico deenergia elétrica consumida pelo conjunto de todas profissionais de diferentes áreas, por exemplo:as indústrias seja transformada em energia • Engenharia de Instalações...Características damecânica através dos motores elétricos. rede de Alimentação;Isto significa que, admitindo-se um rendimento • Engenharia de Manutenção...Características domédio da ordem de 80% do universo de motores Ambiente;em aplicações industriais, cerca de 15% da energia • Engenharia de Processos...Característicaselétrica industrial transforma-se em perdas nos construtivas de cada motor;motores.O processo de especificação de um motor elétrico O espaço a ser preenchido entre o fabricante e ocorresponde à escolha de um motor industrialmente consumidor é a perfeita interligação entre estasdisponível que possa atender a pelo menos três áreas de modo que determinada aplicação sejarequisitos do consumidor: coroada de êxito.• Característica da rede de alimentação: (tipo, Esta nova área é denominada de Engenharia de tensão, freqüência, simetria, equilíbrio, etc.); Aplicações.Figura 1.2. - Universo tecnológico em motoreselétricos - Aplicabilidade de motores elétricos. 8
  9. 9. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão2. NOÇÕES FUNDAMENTAIS2.1. MOTORES ELÉTRICOSMotor elétrico é a máquina destinada a transformarenergia elétrica em energia mecânica.Vantagens: Limpeza e simplicidade de comando; Construção simples e custo reduzido; Grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos.O motor de indução trifásico opera normalmentecom uma velocidade constante que varialigeiramente com a carga mecânica aplicada aoeixo, devido a sua SIMPLICIDADE e ROBUSTEZ éum motor muito utilizado, sendo adequado paraquase todos os tipos de máquinas acionadas, Figura 2.2. - Sistema trifásico.encontradas na prática. A ligação dos três sistemas monofásicos para se obter o sistema trifásico é feita usualmente de duas maneiras, representadas nos esquemas seguir. 2.2.1. Ligações no Sistema Trifásico a) Ligação Triângulo: Chamamos "tensões/correntes de fase" as tensões e correntes de cada um dos três sistemas monofásicos considerados, indicados por Vf e If. Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indica a figura 2.3 (a), podemos eliminar trêsFigura 2.1. - Motor elétrico de indução trifásico. fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios U, V e W.2.2. SISTEMA DE CORRENTE A tensão entre dois quaisquer destes três fiosALTERNADA TRIFÁSICA chama-se "tensão de linha" (VL), que é a tensão nominal do sistema trifásico. A corrente emO sistema trifásico é formado pela associação de qualquer um dos fios chama-se "corrente de linha"três sistemas monofásicos de tensões V1, V2 e V3 (IL).tais que a defasagem entre elas seja de 120°(Fig.2.2). Examinando o esquema da figura 2.3 (b), vê-seO enrolamento deste tipo de motor é constituído que:por três conjuntos de bobinas dispostas 1) A cada carga é aplicada a tensão de linha VL,simetricamente no espaço, formando entre si que é a própria tensão do sistema monofásicotambém um ângulo de 120°. correspondente, ou seja, VL=Vf.;Para que o sistema seja equilibrado, isto é, 2) A corrente em cada fio de linha, ou corrente deV1=V2=V3 o número de espiras de cada bobina linha IL, é a soma das correntes das duas fasestambém deverá ser igual. ligadas a este fio, ou seja, IL=If1+If3.. Como as correntes estão Defasadas entre si, a soma deverá ser feita graficamente como mostra a figura 2.3 (c). Pode-se mostrar que: IL = If . 3. 9
  10. 10. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta TensãoFigura 2.3. - Ligação triângulo.Exemplo: Temos um sistema trifásico equilibrado mesmo modo que na ligação triângulo.de tensão nominal 4160V. A corrente de linha (IL) Examinando o esquema da figura 2.4 (b) vê-se que:medida é 50A. Ligando a este sistema uma carga 1) A corrente em cada fio da linha, ou corrente detrifásica composta de três cargas iguais ligadas em linha (I1 ou IL), é a mesma corrente da fase àtriângulo, qual a tensão e a corrente em cada uma qual o fio está ligado, ou seja, IL=If.das cargas? 2) A tensão entre dois fios quaisquer do sistema trifásico é a soma gráfica figura 2.4 (c) dasTemos Vf = VL = 4160V em cada uma das cargas. tensões das duas fases as quais estão ligados osSe IL = I1 = 3 . If , então fios considerados, ou seja, If = 0,577 . I1 = 0,577 . 50 = 28,87 A VL=Vf . 3 .em cada uma das cargas. Exemplo: Temos uma carga trifásica composta deb) Ligação Estrela: três cargas iguais, cada carga é feita para ser ligadaLigando um dos fios de cada sistema monofásico a a uma tensão de 2400V, absorvendo 28,87A. Qual aum ponto comum aos três, os três fios restantes tensão nominal do sistema trifásico que alimentaformam um sistema trifásico em estrela, como esta carga em suas condições normais (2400V emostra a figura 2.4 (a). 28,87A) e qual a corrente de linha (I1)?Às vezes, o sistema trifásico em estrela é "a quatro Temos Vf = 2400V (nominal de cada carga)fios" ou "com neutro acessível". V1 = 3 . 2400V = 4160VO quarto fio é ligado ao ponto comum as três fases. I1 = If = 28,87A.A tensão de linha, ou tensão nominal do sistematrifásico, e a corrente de linha são definidos doFigura 2.4. - Ligação estrela. 10
  11. 11. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão2.3. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO Rotor: Eixo (7): Em aço, transmite a potência mecânicaO motor de indução trifásico (figura 2.5a) é desenvolvida pelo motor. É tratadocomposto fundamentalmente de duas partes: termicamente para evitar problemas comoestator e rotor. empenamento e fadiga; Núcleo de chapas (3): As chapas possuem asEstator: mesmas características das chapas do estator; Carcaça (1): É a estrutura suporte do conjunto; Gaiola ou enrolamento do rotor (12): É de constituição robusta em ferro fundido ou aço composta de barras e anéis de curto-circuito no soldado, resistente à corrosão (neste caso com motor tipo gaiola e de bobinas em motor tipo de aletas); anéis. Pode ser de cobre eletrolítico, latão ou de Núcleo de chapas (2): As chapas são de aço alumínio injetado. magnético (geralmente em aço-silício), tratadas termicamente e/ou com a superfície isolada Outras partes do motor de indução trifásico: para reduzir ao mínimo as perdas no ferro; Tampas do mancal (4); Enrolamento trifásico (8): Três conjuntos iguais Ventilador interno e externo (5); de bobinas, uma para cada fase, formando um Tampa defletora ou proteção do ventilador (6); sistema trifásico ligado à rede trifásica de Caixa de ligação de força (9); alimentação. Placa de bornes com isolador e pino de ligação (10); Rolamento (11).Figura 2.5a - Motor indução trifásico, principais componentes.Figura 2.5b - Motor indução trifásico, caixa de ligação, principais componentes. 11
  12. 12. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão2.4. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO espaçados entre si de 120º. Se este enrolamento for alimentado por um sistema trifásico, as2.4.1. Campo Girante correntes I1, I2 e I3 criarão, do mesmo modo, os seus próprios campos magnéticos H1, H2 e H3. EstesQuando uma bobina é percorrida por uma corrente campos são espaçados entre si de 120º.elétrica, é criado um campo magnético dirigido Além disso, como são proporcionais às respectivasconforme o eixo da bobina e de valor proporcional à correntes, serão defasados no tempo, também decorrente. 120º entre si e podem ser representados por umNa figura 2.6 é indicado um "enrolamento gráfico igual ao da figura 2.7. O campo total Hmonofásico" atravessado por uma corrente I, e o resultante, a cada instante, será igual à somacampo H, é criado por ela, o enrolamento é gráfica dos três campos H1, H2 e H3 naqueleconstituído de um par de pólos, um pólo "norte" e instante.um pólo "sul", cujos efeitos se somam para Na figura 2.8, representamos esta soma gráficaestabelecer o campo H. O fluxo magnético para seis instantes sucessivos.atravessa o rotor entre os dois pólos e se fecha No instante (1), a figura 2.2 mostra que o campo H1através do núcleo do estator. é máximo e que os campos H2 e H3 são negativos eSe a corrente I é alternada, o campo H também é, e de mesmo valor, iguais a 0,5 x H1. Os três camposo seu valor a cada instante será representado pelo representados na figura 2.8 (parte superior),mesmo gráfico da figura 2.2, inclusive invertendo o levando em conta que o campo negativo ésentido em cada meio ciclo. representado por uma seta de sentido oposto aoO campo H é "pulsante" pois, sua intensidade que seria normal; o campo resultante (soma”varia" proporcionalmente à corrente, sempre na gráfica) é mostrado na parte inferior da figura 2.8"mesma" direção norte-sul. (1), tendo a mesma direção do enrolamento da faseNa figura 2.7. é indicado um "enrolamento 1.trifásico", que é formado por três monofásicos Figura 2.6. Figura 2.7.Figura 2.8. - Campo magnético resultante. 12
  13. 13. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta TensãoRepetindo a construção para os pontos 2, 3, 4, 5 e Exemplos:6 da figura 2.2, observa-se que o campos resultanteH tem intensidade "constante", porém sua direção a) Qual a rotação síncrona de um motor de 6 pólos,vai "girando", completando uma volta no fim de um 60 Hz?ciclo.Assim, quando um enrolamento trifásico é 120 . 60 ns = = 1200rpmalimentado por correntes trifásicas, cria-se um 6"campo girante", como se houvesse um único parde pólos girantes, de intensidade constante. Este b) Motor de 12 pólos, 50 Hz?campo girante, criado pelo enrolamento trifásico doestator, induz tensões nas barras do rotor (linhas de 120 . 50fluxo cortam as barras do rotor) as quais geram ns = = 500rpm 12correntes, e conseqüentemente, um campo norotor, de polaridade oposta à do campo girante. Note que o número de pólos do motor terá que serComo campos opostos se atraem e como o campo sempre par, para formar os pares de pólos. Para asdo estator (campo girante) é rotativo, o rotor tende freqüências e "polaridades" usuais, as velocidadesa acompanhar a rotação deste campo. Desenvolve- síncronas são:se então, no estator, um conjugado motor que fazcom que ele gire, acionando a carga. Número Rotação síncrona por minutoA "interação" entre os campos magnéticos irá deproduzir o conjugado no eixo do motor que é 60 Hertz 50 Hertz pólosfunção de: C = Ps 02 3600 3000 ωs 04 1800 1500Onde: 06 1200 1000C = conjugado nominal (Nm); 08 900 750Ps = potência saída nominal (kW); 10 720 600ωs = velocidade angular (radianos por segundo). Tabela 2.1 - Velocidades Síncronas.Por sua vez a "potência de saída" do motor Para motores de dois pólos, o campo percorre umadepende das perdas totais no motor, que são: volta a cada ciclo. Assim, os graus elétricos Perdas totais no cobre do estator; equivalem aos graus mecânicos. Perdas totais no cobre do rotor; Para motores com mais de dois pólos, teremos de Perdas por atrito e ventilação; acordo com o número de pólos, um giro Perdas no ferro. "geométrico" menor, sendo inversamente proporcional a 360° em dois pólos. Por exemplo, para um motor de seis pólos teremos,2.4.2. Velocidade Síncrona em um ciclo completo, um giro do campo de 360° * 2/6 = 120° geométricos. Isto equivale, logicamente,A velocidade síncrona do motor é definida pela a 1/3 da velocidade em dois pólos. Conclui-se,velocidade de rotação do campo girante, a qual assim, que:depende do número de pólos (2p) do motor e dafreqüência (f) da rede, em ciclos por segundo Graus elétricos = Graus mecânicos x Número de(Hertz). pólos.Os enrolamentos podem ser construídos com um oumais pares de pólos, que se distribuemalternadamente (um "norte" e um "sul") ao longoda periferia do núcleo magnético.O campo girante percorre um par de pólos (p) acada ciclo. Assim, como o enrolamento tem pólosou pares de pólos, a velocidade do campo será: 60 . f 120 . f ns = = [rpm] p 2p 13
  14. 14. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta TensãoFigura 2.9. - Circuito equivalente motor indução trifásico usado pela Weg Máquinas (por fase).Onde: Exemplo: Qual o escorregamento de um motor de 6- Zsu = impedância de perdas suplementares; pólos, 60 Hz, se sua rotação é de 1170 rpm?- Z1 = impedância estatórica;- ZFe = impedância de perdas no ferro; 1200 - 1170- ZM = impedância magnetizante; s(%) = . 100 ∴ s(%) = 2,5% 1200- Z2 = impedância rotórica;- Zad = impedância adicional;- V1 = tensão estatórica. 2.4.4. Conjugado e Potência- V2 = tensão rotórica. Conjugado: O conjugado (torque) é a medida do esforço2.4.3. Escorregamento necessário para girar um eixo. É sabido, pela experiência prática que, paraSe o motor gira a uma velocidade diferente da levantar um peso por um processo semelhante aovelocidade síncrona, ou seja, diferente da usado em poços - ver figura 2.10 - a força "F" que évelocidade do campo girante, o enrolamento do preciso aplicar à manivela depende do comprimentorotor "corta" as linhas de forças magnéticas do "l" da manivela. Quanto maior for a manivela,campo e, pelas leis do eletromagnetismo, circularão menor será a força necessária. Se dobrarmos onele correntes induzidas. tamanho "l" da manivela, a força "F" necessáriaQuanto maior a carga, maior terá que ser o será diminuída à metade.conjugado necessário para acioná-la. Para obter o No exemplo da figura 2.10, se o balde pesa 20N e oconjugado, terá que ser maior a diferença de diâmetro do tambor é 20cm, a corda transmitirávelocidades para que as correntes induzidas e os uma força de 20N na superfície do tambor, isto é, acampos produzidos sejam maiores. Portanto, a 10cm do centro do eixo. Para contrabalançar estamedida que a carga aumenta, cai a rotação do força, precisam de 10N na manivela, se omotor. Quando a carga é zero (motor em vazio) orotor girará praticamente com a rotação síncrona. A comprimento "l" for de 20cm. Se "l" for o dobro,diferença entre a velocidade do motor n e a isto é, 40cm, a força "F" será a metade, ou seja 5N.velocidade síncrona ns chama-se escorregamento s, Como vemos, para medir o "esforço", necessárioque pode ser expresso em rpm, como fração da para fazer girar o eixo, não basta definir a forçavelocidade síncrona, ou como porcentagem desta. empregada, é preciso também dizer a que distância do eixo a força é aplicada. O "esforço" é medido n -n n -n s(rpm) = ns - n s = s s(%) = s . 100 pelo conjugado, que é o produto da força pela ns ns distância, F .l. No exemplo citado, o conjugado vale:Para um dado escorregamento s(%), a velocidade C = 20N . 0,10m = 10N . 0,20m = 5N . 0,40m = 2Nmdo motor será, portanto:  s(%)  n = ns .  1 -   100  14
  15. 15. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão Pu(W) 736 . P(cv) 1000 . P(kW) η = = = Pa(W) 3 . V . I . cos ϕ 3 . V . I . cos ϕ Pu(W) – Potência útil no eixo do motor. Pa(W) - Potência absorvida da rede. 2.4.6. Fator de Potência O fator de potência, denominado por cosϕ é o ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente, é a relação entre a potência elétrica real ou potência ativa e a potência aparente (Figura 2.11). P P(kW) . 1000 cos ϕ = = S 3 . V .IFigura 2.10. - Conjugado. C = F .lOnde:C = conjugado [Nm]F = força [N]l = distância da aplicação da força [m]Potência:É a energia elétrica que o motor absorve da rede dealimentação, transformando-a em energia mecânicana ponta do eixo. Figura 2.11. - Ângulo do fator de potência (cosϕ).No caso de motores de indução, por ser uma cargaindutiva e resistiva, este absorverá uma potência"aparente", isto é, uma parcela de corrente 2.4.7. Corrente Nominal (A)fornecerá potência útil (kW) e a outra parcela servepara magnetização, chamada potência reativa. É a corrente que o motor absorve da rede quandoSendo a potência dada pela seguinte forma: funciona à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais. O valor da corrente nominal P= 3 . V . I . cos ϕ . η depende do rendimento (η), do fator de potência (cosϕ), da potência e da tensão do motor:2.4.4.1. Relação entre conjugado e potência P(kW) . 1000 P(cv) . 736 I = = 3 . V . η . cos ϕ 3 . V . η . cos ϕ C(mkgf) . n(rpm) C(Nm) . n(rpm)P(kW) = = 974 9550 Nas curvas características de motores de indução trifásicos (figura. 2.12) são representados os 7024 . P(cv) 9550 . P(kW) valores de cosϕ, η , I e s. C(Nm) = = n(rpm) n(rpm)2.4.5. RendimentoO motor elétrico absorve energia elétrica da linha ea transforma em energia mecânica disponível naponta do eixo.O rendimento define a eficiência com que é feitaesta transformação. 15
  16. 16. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta TensãoFigura 2.12. - Curvas características típicas de motores de indução trifásicos.Onde: No sistema trifásico a potência em cada fase daI = corrente; carga será Pf = Vf x If, como se fosse um sistemaIn = corrente nominal; monofásico independente. A potência total será aP = potência; soma das potências das três fases, ou seja:Pn = potência nominal; P = 3 . Pf = 3 . Vf . If [W]rpm = rotação;rpms = rotação síncrona; Lembrando que o sistema trifásico é ligado emη = rendimento; estrela ou triângulo, por esta razão temos ascosϕ = fator de potência. seguintes relações: Ligação estrela: V = 3 . Vf e I = If2.4.8. Energia e Potência Elétrica Ligação triângulo: V = Vf e I = 3 . IfEmbora a energia seja uma coisa só, ela pode se Assim, a potência total, para ambas as ligações,apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma será:resistência a uma rede elétrica com tensão, passará P = 3 . V .I [W]uma corrente elétrica que irá aquecer a resistência.A resistência absorve energia e a transforma emcalor, que também é uma forma de energia. Um Esta expressão vale para a carga formada pormotor elétrico absorve energia elétrica da rede e a resistências, onde não há defasagem entre a tensãotransforma em energia mecânica disponível na e a corrente.ponto do eixo. b) Cargas reativas: Para as "cargas reativas", ou seja, onde existem2.4.8.1. Circuitos de corrente alternada defasagem entre tensão e corrente, como é o caso dos motores elétricos de indução, esta defasagema) Cargas resistivas: tem que ser levada em consideração, sendo assim,No caso de "resistência", quanto maior a tensão da a expressão fica:rede, maior será a corrente (para uma resistência P = 3 . V . I . cos ϕ [W]constante) e mais depressa a resistência irá seaquecer. Isto quer dizer que a potência elétrica será A unidade de medida usual para potência elétrica émaior. A potência elétrica absorvida da rede, no o Watt (W), correspondente a 1 Volt vezes 1caso da resistência, é calculada multiplicando-se a Ampère, ou seu múltiplo, o Quilowatt = 1000tensão da rede pela corrente. Se a resistência, ou Watts. Esta unidade também é usada para medidacarga for monofásica. de potência mecânica. P = V .I [W] A unidade de medida usual para energia elétrica é o 16
  17. 17. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensãoquilowatt-hora (kWh) correspondente a energia Assim, podemos dizer que:fornecida por uma potência de 1kW funcionando • Carga Resistiva: cosϕ = 1;durante uma hora - é a unidade que aparece, para • Carga Indutiva: cosϕ < 0 (atrasado);cobrança, nas contas de luz. • Carga Capacitiva: cosϕ > 0 (adiantado). Os termos, atrasado e adiantado, referem-se a fase2.4.8.2. Potências aparente, ativa e reativa da corrente em relação à fase da tensão.a) Potência aparente (S):É o resultado da multiplicação da tensão pela 2.5. DEFINIÇÕEScorrente (S = V . I para cada fase).Correspondente a potência real ou "potência ativa" 2.5.1. Freqüênciaque existiria se não houvesse defasagem entre atensão e a corrente, ou seja, se a carga fosse É o número de vezes por segundo que a tensãoformada por resistências. Então, muda de sentido e volta à condição inicial. É P expressa em "ciclos por segundo" ou "Hertz", S= [VA] simbolizada por Hz. cos ϕou, S = 3 . V .I [VA] 2.5.2. Tensão Máxima (VMáx)Evidentemente, para as cargas resistivas, cosϕ = 1 É o valor "de pico" da tensão, ou seja, o maior valora potência ativa é a mesma potência aparente. A instantâneo atingido pela tensão durante um ciclounidade de medida para potência é o volt-ampère (este valor é atingido duas vezes por ciclo, uma vez(VA) ou seu múltiplo, o quilo-Volt-Ampère (kVA). positivo e uma vez negativo). É o valor máximo da senoide.b) Potência ativa (P):É a parcela da potência aparente que realizatrabalho, ou seja, que é transformada em energia. 2.5.3. Corrente Máxima (IMáx) P = 3 . V . I . cos ϕ [W] É o valor "de pico" da corrente.ou, P = S . cos ϕ [W] 2.5.4. Valor Eficaz de Tensão e Corrente (Vefc) Potência reativa (Q): e Ief)É a parcela da potência aparente que "não" realizatrabalho. Apenas é transferida e armazenada nos É o valor da tensão e corrente contínuas queelementos passivos (capacitores e indutores) do desenvolvem potência correspondente acircuito. desenvolvida pela corrente alternada. É o valor Q = 3 . V . I . senϕ [VAr] máximo dividido por raiz de dois:ou, VM Q = S . senϕ [VAr] V= e I = IM 2 22.4.8.3. Triângulo de potências (cargaindutiva) 2.5.5. Defasagem (φ) É o "atraso" da onda de corrente em relação à onda da tensão (ver figura 2.11). Em vez de ser medido em tempo (segundos), este atraso é geralmente medido em ângulo (graus) correspondente a fração de um ciclo completo, considerando 1 ciclo = 360°. A defasagem é freqüentemente expressa peloFigura 2.13. - Triângulo de potências. coseno do ângulo (ver item 2.4.6. Fator de potência). 17
  18. 18. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão3. CARACTERÍSTICAS DA REDE DE a) Ligando o motor de 50Hz, com a mesmaALIMENTAÇÃO tensão, em 60Hz: • A potência disponível do motor será a mesma; • A corrente nominal será a mesma;3.1. TENSÃO NOMINAL • A corrente de partida diminui em 17%; • O conjugado de partida diminui em 17%;É a tensão de rede para a qual o motor foi • O conjugado máximo diminui em 17%;projetado. As tensões trifásicas mais usadas para • A velocidade nominal aumenta em 20%;redes de média tensão são: 2300, 3300, 4000,4160, 6600 e 13800V. NOTAS: 1. Deverão ser observados os valores de potência requeridas, para motores que acionam3.1.1. Tensão da Rede de Alimentação em equipamentos que possuem conjugadosFunção da Potência do Motor variáveis com a rotação; 2. Para motores de 60Hz que serão ligados emAtualmente não há um padrão mundial para a 50Hz, isto só é possível se a tensão do motorescolha da tensão de alimentação em função da em 50Hz for 20% abaixo da tensão em 60Hz,potência do motor. Entre os principais fatores que pois desta forma o fluxo permanecerásão considerados, podemos citar: praticamente o mesmo da freqüência anterior e sendo assim as características elétricas serão• Nível de tensão disponível no local; aproximadamente as mesmas da freqüência de• Limitações da rede de alimentação com 60Hz. referência à corrente de partida;• Distância entre a fonte de tensão (subestação) e b) Se Ligando o motor de 50Hz em 60Hz, e se a carga; alterar a tensão na mesma proporção da• Custo do investimento, entre baixa e alta tensão freqüência: para potências entre 150 e 450kW. • Aumenta a potência disponível do motor em 20%; Potência (kW) • A corrente nominal será a mesma; 3000 • A corrente de partida será aproximadamente a mesma; 2000 • O conjugado de partida será aproximadamente o 1000 mesmo; • O conjugado máximo será aproximadamente o mesmo; 450 • A rotação nominal aumenta 20%. 300 150 3.3. TOLERÂNCIA NA VARIAÇÃO DE 220 440 2300 4160 6600 13800 V TENSÃO E FREQÜÊNCIAFigura 3.1. - Tensões Normalmente Utilizadas em Conforme a NBR 7094 (Capítulo 04, item 4.3.3) oFunção da Potência do Motor. motor elétrico de indução deve ser capaz de funcionar de maneira satisfatória dentro das possíveis combinações das variações de tensão e3.2. FREQÜÊNCIA NOMINAL freqüência classificadas em zona A ou zona B, conforme figura 3.2 abaixo:É a freqüência da rede para o qual o motor foiprojetado.3.2.1. Ligação em Freqüências DiferentesMotores trifásicos bobinados para 50Hz poderão serligados também em rede de 60Hz, porém: 18
  19. 19. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão 1,10Figura 3.2. - Limites das Variações de Tensão e de Freqüência em Funcionamento.Ainda, quanto aos limites de tensão e freqüência, a motivo a NBR recomenda o não funcionamentonorma define um acréscimo na elevação de prolongado na periferia da zona B), entretanto atemperatura ou na temperatura total do motor norma não estabelece os limites. Assim sendo, oquando há uma variação simultânea da tensão e da motor deve ser capaz de funcionar dentro dasfreqüência. Para as condições de operação nos zonas A e B, fornecendo conjugado nominal.limites da zona A (ver figura 3.2), aselevações de temperatura e a temperatura O efeito "aproximado" da variação da tensão sobretotal podem exceder em aproximadamente as características do motor é mostrado na tabela10K os limites especificados, em contra partida abaixo. Esses valores podem variar de motor parao motor deve assegurar o seu conjugado nominal. motor ou de um motor pequeno para um grande,Quanto as características de desempenho, elas ou ainda, de um tipo de refrigeração para outro.podem sofrer variações (tanto na zona A quanto na Ver tabela 3.1:zona B - mais acentuada nesta última, por este Desempenho do Tensão 20% acima Tensão 10% acima Tensão 10% abaixo Motor da nominal da nominal da nominalConjugado de partida aumenta 44% aumenta 21% diminui 19%Corrente de partida aumenta 25% aumenta 10 a 12% diminui 10 a 12%Corrente de plena carga diminui 11% diminui 7% aumenta 11%Escorregamento diminui 30% diminui 17% aumenta 23%Rotação aumenta 1,5% aumenta 1% diminui 1,5%Rendimento pequeno aumento aumenta 1% diminui 2%Fator de potência diminui 5 a 15% diminui 3% aumenta 1%Temperatura diminui 5°C diminui 3°C aumenta 6°CRuído magnético sem carga aumento perceptível ligeiro aumento ligeira diminuiçãoTabela 3.1. - Efeito aproximado da variação de tensão sobre as características do motor. 19
  20. 20. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão4. MOTORES DE ALTA TENSÃO WEG4.1. NORMAS APLICÁVEISAs máquinas são projetadas, fabricadas e testadas segundo as Normas ABNT, IEC, NEMA, DIN entre outras,onde aplicáveis: Entrada Normativa 1) Assunto ABNT NEMA DIN / VDE CSA IEC (NBR) (EUA) Alemanha Canadá DIN EN 60034-1 60034-1 7094 MG 1 C 22.2 Especificação DIN EN 60034-12 60034-12 Parte 1, 10 e 20 Nº 100 DIN VDE 0530-8 Padronização 5432 MG 1 DIN 42673-1 60072 2) Dimensões Parte 4 e 11 DIN 42677-1 5383-1 MG 1 DIN EN 60034-2 C 22.2 Método de Ensaio 60034-2 Parte12 DIN VDE 0530-8 Nº 100 MG 1Formas construtivas 60034-7 5031 DIN EN 60034-7 2) Parte 4 MG 1 Graus de proteção 60034-5 9884 DIN EN 60034-5 2) Parte 5 Métodos de MG 1 60034-6 5110 DIN EN 60034-6 2) resfriamento Parte 6 MG 1 Limites de vibração 60034-14 7094 DIN EN 60034-14 2) Parte 7 MG 1 Nível de ruído 60034-9 7565 DIN EN 60034-9 2) Parte 9 Padronização MG 1 DIN 42673-1 8441 2) Potência x Carcaça 60072 Parte 13 DIN 42677-1Equipamento elétrico 60079- 0 para atmosferas 60079-10 9518 C22.2N.145M explosivas 60079-14 Proteção Ex-n 6079-15 Proteção Ex-e 60079- 7 9883 5420 Proteção Ex-p NB 169 60079- 2 5363 Proteção Ex-d 60079- 1 EB 239Tabela 4.1. - Correspondência numérica entre normas de motores de indução.NOTAS:1) A correspondência indicada não significa que as normas são equivalentes;2) Adotam as normas CEMA - equivalentes às normas NEMA. 20
  21. 21. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão4.2. ORIENTAÇÃO PARA SELEÇÃO DE MOTORES4.2.1. Linha Master "M"A linha de motores de indução "M" é fabricada da carcaça 280 até 1800, normalmente até 14 pólos (comfabricação possível em carcaça e polaridades maiores), tensões variando de 220V a 13,8 kV com potências de100 a 50.000 kW, atendendo as exigências das normas citadas anteriormente nas suas últimas versões.Códigos dos modelos: M G F 560 A LINHA DO MOTOR M - Linha Master TIPO DO ROTOR G - Gaiola A - Anel (Bobinado) SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO A - Aberto (Auto-Ventilado, IP23) P - Aberto (Auto-ventilado, IP24) F - Trocador de Calor Ar-Ar W - Trocador de Calor Ar-Água I - Ventilação Forçada (Independente) com Trocador de Calor Ar-Ar D - Auto-Ventilado por Dutos T - Ventilação Forçada (Independente) por Dutos, o ventilador separado do motor L - Ventilação Forçada (Independente) com Trocador de Calor Ar-Água V - Ventilação Forçada (Independente) Aberto, o ventilador em cima do motor CARCAÇA (ALTURA DE EIXO 280 A 1800) FURAÇÃO DOS PÉS S, M, L, A, B, C, D, ENOTA:As potências descritas nos catálogos WEG são válidas para as seguintes condições:• Temperatura ambiente até 40ºC;• Altitude da instalação até 1000m;• Freqüência de 60Hz;• Fator de serviço = 1.0;• Partida com tensão plena;• Regime de serviço S1 (contínuo);• Elevação de temperatura 80ºC. 21
  22. 22. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão4.2.2. Linha High Performance "H"A linha de motores de indução "H" é fabricada da carcaça 315 até 630, normalmente até 14 pólos e tensãovariando de 220V a 6,9 kV com potências de 100 a 3150kW, atendendo as exigências das normas citadasanteriormente nas suas últimas versões.Códigos dos modelos: H G F 450 A LINHA DO MOTOR H - Linha High Performence TIPO DO ROTOR G - Gaiola SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO F – Fechado e aletado (Ventilação Externa) CARCAÇA (ALTURA DE EIXO 315 A 630) FURAÇÃO DOS PÉS L, A, B, C, D, ENOTA:As potências descritas nos catálogos WEG são válidas para as seguintes condições:• Temperatura ambiente até 40ºC;• Altitude da instalação até 1000m;• Freqüência de 60Hz;• Fator de serviço = 1.0;• Partida com tensão plena;• Regime de serviço S1 (contínuo);• Elevação de temperatura 80ºC. 22
  23. 23. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão4.2.3. Linha AGAA linha de motores de indução "AGA" é fabricada nas carcaças 280 e 315, em 2 e 4 pólos, e tensão até 440Vcom potências de 100 a 500kW, atendendo as exigências das normas citadas anteriormente nas suas últimasversões.Códigos dos Modelos: A G A 315 A LINHA DO MOTOR A - Linha Aberto TIPO DO ROTOR G - Gaiola SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO A – Aberto (Auto-Ventilado, IP23) CARCAÇA (ALTURA DE EIXO 280 E 315) FURAÇÃO DOS PÉS L,A,B,C,D,ENOTA:As potências descritas nos catálogos WEG são válidas para as seguintes condições:• Temperatura ambiente até 40ºC;• Altitude da instalação até 1000m;• Freqüência de 60Hz;• Fator de serviço = 1.0;• Partida com tensão plena;• Regime de serviço S1 (contínuo);• Elevação de temperatura 80ºC. 23
  24. 24. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão5. CARACTERÍSTICAS DO AMBIENTE 5.2. TEMPERATURA AMBIENTE Motores que trabalham em temperaturas inferioresA potência admissível do motor de indução é a -20ºC, apresentam os seguintes problemas:determinada levando-se em consideração, a) Excessiva condensação, exigindo drenagemprincipalmente, dois fatores: adicional ou instalação de resistência de• Altitude em que o motor será instalado; aquecimento, caso o motor fique longos• Temperatura do meio refrigerante. períodos parado; b) Formação de gelo nos mancais, provocandoConforme a NBR-7094, as condições usuais de endurecimento das graxas ou lubrificantes nosserviço são: mancais, exigindo o emprego de lubrificantesa) Altitude não superior a 1000m acima do nível do especiais ou graxa anticongelante, conforme mar; especificado no Manual de Instalação eb) Meio refrigerante (na maioria dos casos, o ar Manutenção WEG. Em motores que trabalham ambiente) com temperatura não superior a 40ºC em temperaturas ambientes constantemente e isenta de elementos prejudiciais. superiores a 40ºC, o enrolamento pode atingirAté estes valores de altitude e temperatura temperaturas prejudiciais à isolação. Este fatoambiente, considera-se condições normais e o tem que ser compensado por um projetomotor deve fornecer, sem sobre-aquecimento, sua especial do motor, usando materiais isolantespotência nominal. especiais (de classe superior) ou pela redução da potência nominal do motor.5.1. ALTITUDE 5.3. DETERMINAÇÃO DA POTÊNCIAMotores funcionando em altitudes acima de 1000m ÚTIL DO MOTOR NAS DIVERSASacima do nível do mar, apresentam problemas de COMBINAÇÕES DE TEMPERATURA Eaquecimento causado pela rarefação de ar e, ALTITUDEconseqüentemente, diminuição de seu poder dearrefecimento. Associando os efeitos da variação da temperatura eA insuficiente troca de calor entre o motor e o ar da altitude, a capacidade de dissipação da potênciacircundante, leva a exigência de redução de perdas, de perdas do motor pode ser obtida multiplicando-o que significa, também, redução de potência. se a potência útil (ou a potência nominal a 40°C eOs motores têm aquecimento diretamente 1000m) pelo fator de multiplicação obtido na tabelaproporcional às perdas e estas variam, 5.1 abaixo:aproximadamente, numa razão quadrática com apotência. H 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 TExistem três soluções possíveis para instalação e 10 - - - - - - 0,99um motor acima de 1000m do nível do mar, se 15 - - - - - 1,00 0,94dimensionado para 1000m e 40°C:a) Com o uso de material isolante de classe 20 - - - - 1,00 0,95 0,90 superior, é possível tirar a potência original; 25 - - - 1,00 0,96 0,90 0,85b) Usar motores com fator de serviço maior que 30 - - 1,00 0,96 0,90 0,86 0,81 1,0 (1,15 ou maior), desde que seja requerida pela carga somente a potência nominal do 35 - 1,00 0,95 0,90 0,85 0,81 0,77 motor; 40 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,76 0,72c) Reduzir em 1% a potência requerida para cada 45 0,94 0,89 0,84 0,80 0,76 0,72 0,68 100m de elevação na altitude acima de 1000m, isto para a mesma temperatura ambiente. 50 0,88 0,83 0,79 0,75 0,71 0,67 0,64 55 0,82 0,77 0,73 0,70 0,66 0,63 0,60 60 0,76 0,72 0,68 0,65 0,62 0,59 0,56 Tabela 5.1 - Fator de multiplicação da potência útil em função da temperatura ambiente (T) em "°C" e de altitude do nível do mar (H) em "m". 24
  25. 25. DT-6 – Motores Elétricos Assíncronos de Alta Tensão5.4. ATMOSFERA AMBIENTE necessária para perfeita refrigeração do motor. Para o motor com trocador ar-água, a5.4.1. Ambientes Agressivos refrigeração é feita pela troca de calor entre a água circulante (circuito externo) e o arAmbientes agressivos, tais como estaleiros, circulante interno (circuito interno) ao trocador.instalações portuárias, indústria de pescado e Os motores refrigerados por dutos e os commúltiplas aplicações navais, indústria química e trocador ar-água possuem a mesma eficiênciapetroquímica, exigem que os equipamentos que de um motor aberto.neles trabalham sejam perfeitamente adequadospara suportar tais circunstâncias com elevada 5.4.4. Ambientes Perigososconfiabilidade, sem apresentar problemas dequalquer espécie. 5.4.4.1. Áreas de riscoPara aplicação de motores nestes ambientesagressivos, a WEG desenvolveu uma linha de Uma instalação onde produtos inflamáveis sãomotores, projetados para atender os requisitos continuamente manuseados, processados ouespeciais e padronizados para as condições mais armazenados, necessita, obviamente, de cuidadosseveras que possam ser encontradas. especiais que garantam a manutenção doOs motores deverão ter as seguintes características patrimônio e preservem a vida humana. Osespeciais: equipamentos elétricos, por suas próprias• Enrolamento duplamente impregnado*; características, podem representar fontes de• Pintura anti-corrosiva (epóxi), internamente e ignição, quer seja pelo centelhamento devido a externamente; abertura e fechamento de contatos ou por• Placa de identificação de aço inoxidável; superaquecimento de algum componente, seja ele• Elementos de montagem zincados; intencional ou causado por correntes de defeito.• Ventilador de material não faiscante;• Vedação específicas para cada tipo de mancal, entre o eixo e as tampas; 5.4.4.2. Atmosfera Explosiva• Juntas de borracha para vedar caixa de ligação. Uma atmosfera é explosiva quando a proporção de* Em baixa tensão, em alta tensão uma única vez gás, vapor, pó ou fibras é tal, que uma faíscapelo sistema V.P.I. proveniente de um circuito elétrico ou o aquecimento de um aparelho provoca a explosão, para tal, três elementos são necessários:5.4.2. Ambientes Contendo Poeiras ou fibras combustível + oxigênio + faísca = explosão.Para analisar se os motores podem ou não trabalharnestes ambientes, devem ser informados os 5.4.4.3. Classificação das áreas de riscoseguintes dados: tamanho e quantidadeaproximada das fibras contidas no ambiente. O De acordo com as normas ABNT / IEC, as áreas detamanho e a quantidade de fibras são fatores risco são classificadas em:importantes, pois podem provocar no decorrer do Zona 0: Região onde a ocorrência de misturatempo, a obstrução da ventilação, e assim, o inflamável e/ou explosiva é contínua,aquecimento do motor. Quando o conteúdo de ou existe por longos períodos. Porfibras for elevado, devem ser empregados filtros de exemplo, a região interna de um tanquear ou efetuar a limpeza nos dispositivos de de combustível. A atmosfera explosivarefrigeração ou mesmo nos motores. está sempre presente; Zona 1: Região onde a probabilidade de ocorrência de mistura inflamável e/ou explosiva está5.4.3. Locais em que a Ventilação do Motor associada à operação normal doé Prejudicada equipamento e do processo. A atmosfera explosiva está freqüentemente presente;Nestes casos, existem duas soluções: Zona 2: Locais onde a presença de mistura1) Utilizar motores sem ventilação; inflamável e/ou explosiva não é provável2) Utilizar motores com ventilação por dutos ou de ocorrer, é por poucos períodos. Está com trocador de calor ar-água. No caso do associada à operação anormal do motor refrigerado por dutos, calcula-se o equipamento e do processo. Perdas ou volume de ar deslocado pelo ventilador do uso negligente. A atmosfera explosiva motor determinando a circulação de ar pode acidentalmente estar presente. 25

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