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Siglas     AC (alternating current): corrente altemada.     CLP: controlador 16gico programavel.     CNC: contraIe numeric...
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Capitulo 2 - Motores Trifasicos                                              45  2.1 - Motor de induc;;ao com rotor gaiola...
3.4 - Fator de potencia                                                       92     3.4.1 - Causas do baixo fator de pote...
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MOTORES ELETRICOS      o motor eletrico e urn dispositivo que transforma. energia eletrica emenergia medmica, em geral, en...
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vice-versa. Isso traz a desvantagem de que apenas metade do motor esta ativa,   0que diminui seu rendimento.1.3.5 - Motor ...
·._~ ~_ ==..                                                   ..                                                         ...
~:z~                                                _             • Caixa de ligac;:ao (9)             • Tenninais (1O)   ...
---_ _-­ -.                                     _______  ...                                                              ...
A seguir, temos os tres tipos de motores monofasicos mais utilizados naprirtica.1.5.1 - Motor monofasico com dois terminai...
>",,--_.. -... ....,.      -~.,",                              _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -~~:..::_~~~_-:-~-       . ·,~~...
1.6 - Motoresde             indu~ao monofasicos           Estao divididos nas categorias enumeradas a seguir:           • ...
-;--_---:::---:-:--::------------~~-   --- ---­.~                                                            Espira       ...
0"-=._" "-0   ,.::.~~-.-.;:; .. _.~·..:t~.:~·","<" ..",­                                                               -~"...
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1.9 - Motores sincronos      Sao denominados motores slncronos porque a velocidade do seu rotor esincronizada com 0 campo ...
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1.9.1 -   Utiliza~ao do motor sincrono para                  corre~ao do          fator de potencia      Devido a possibil...
Acionamentos elétricos
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  1. 1. i ­ ,. --.,.-..... . t rr·~ ~.ahon ... £...-..L: ~,
  2. 2. ~ -=""""""" ....... ~-.lt.,.,_ =- ... &"",=,-",,,,,,,,:_ _• _ _ I , i Agradecimentos ~ l Ao professor Evandro Cherubini Rolin, coordenador dos cursos de Engenharia de ContraIe e Automayao e Superior de Tecnologia em Automayao Industrial do Cesumar pelo apoio e incentivo nesta jomada; A WEG pela coniribuic;:ao, permiUndo a reproduc;:ao de figuras e tabelns que proporcionaram um carMer pratico a obra; A AGPR5 Automayao e Sistemas Uda. pela gentileza de ter cedido 0 esquematico colocado na capa do Iivro; Aos colegas prafessores dos cursos de Engenharia de Controle e Automac;:ao e Superior de Tecnologia em Automa~ao Industrial do Cesumar de Maringa-PR; Aos demais amigos e colegas nao citados que contribuiram de forma direta ou indireta com a realiza<;ao deste trabalho; A Editora Erica pelo apoio na elabor~ao e ediyao do livro; A Deus por ter me dado saude e condi<;:6es intelectuais para concluir a tarefa. ·::.0 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~~s .....•.•...•••...•.•..•••.• ~
  3. 3. Siglas AC (alternating current): corrente altemada. CLP: controlador 16gico programavel. CNC: contraIe numerico computadorizado. CV (cavalo-vapor): potencia eletrica equivalente a 736 watts. DC (direct current): corrente continua. FT: rele de sobrecarga. HP (horse-power): potencia eletrica equivalente a 746 watts. IHM: interface homem maquina. K: contator. , KT: reI€! de tempo. NA: cantato normalmente aberto. NF: contato normalmente fechado. 11: rendimento. PID (proporcional integral derivativo): tecnica de controle utilizada emprocessos industriais. PWM (pulse width modulation): modulac;::ao par largura de pulso. RPM: rotac;::6es por minuto. Setpoint: valor desejado. SCR (silicon controled rectifier): retificador contralado de silicio. TC: tranformador de corrente. TP: transformador de potencial. Vee: tensao em corrente continua. Vf (tensao de fase): tensao eletrica entre fase e neutra. VL (tensao de linha): tensao eletrica entre duas fases.
  4. 4. "-~. • .-. -:: -...-.... - ~_._"-~~"""--",.-...~,".,, ~~."J..-. . s. ". ----"--- - - -"",--"··:"_,<:~~,-.,..::jL2::::"Iodice AnaliticoCapitulo 1 - Motores Eletricos " _ 17 1.1 - Motores de indu<;:ao 18 1.2 - Fatores de sele<;:ao _ 19 1. 3 - Tipos de motores eletricos 19 1.3.1 - Motor com rotor gaiola de esquilo 20 1.3.2 - Motor com rotor bobinado 21 1.3.3 - Motor Dahlander "" .. 21 1. 3.4 - Motor com dois enrolamentos separados , 21 1.3.5 - Motor para tres e quatro velocidades 22 1.4 - Constituic;:ao do motor de indw;:ao 22 1.5 - Motores de ind~.Ic;:ilO monofasicos 24 1.5.1 - Motor monofasico com dois terminais 26 1.5.2 - Motor monofasico com quatro terminais 26 1.5.3 - Motor monofasico com seis terminais : 27 1.6 - Motores de indw;ao monofasicos 28 1.6.1 - Motor de p610s sombreados (Shaded Pole} 28 1.6.2 - Motor de fase dividida (Split Phase) 30 1.6.3 - Motor de capacitor de partida (Capacitor Start} 31 1.6.4 - Motor de capacitor permanente (Permanent Split Capacitor) .. 33 1.6.5 - Motor com dais capacitores (Two Value Capacitor) : 34 1.7 - Motor universal 35 1.8 - Identificac;:ao das bobinas de um motor monofasico 36 1.9 - Motores sincronos 38 1.9.1 - Utilizac;:ao do motor sincrono para correc;:ao do fator de potencia ., " " 40 1.9.2 - Desvantagens dos motores sincronos em relac;:ao aos motores de induc;:ao : 41 1.9.3 - Vantagens dos motores sincronos em rela<;:ao aos motores de induc;ao " 42 EXERCrCIOS PROPOSTOS 43·::.8 ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~~~s .•••...•.•.••..••.•......•. ~
  5. 5. Capitulo 2 - Motores Trifasicos 45 2.1 - Motor de induc;;ao com rotor gaiola de esquilo 45 2.2 - Motor de rotor bobinado 46 2.3 - Motor trifasico com freio (motofreio trifasico) .48 2.4 - Motores de alto rendimento 52 2.5 - Principio de funcionamento de urn motor trifasico 53 2.6 - Caraeteristicas dos motores trifasicos 57 2.6.1 - Rendimento 57 2.6.2 - Escorregamento 59 2.6.3 - Categoria de conjugado 60 2.6.4 - Tempo com rotor bloqueado 63 2.6.5 - Ventilac;;ao 66 2.6.6 - Rotac;;ao nominal 68 2.6.7 - Regime de selVic;;o 68 2.6.8 - Fator de selVic;;o (FS) 69 2.6.9 - Tensao nominal multipla 70 2.6.10 - Numero de rotac;;6es 70 2.6.11 - Sentido de rotac;;ao : 71 2.6.12 - Grau de protec;;ao de motores(IP) 72 2.6.13 - Motores a prova de explosao 74 2.6.14 - Formas construtivas 74 2.7 - Perdas no motor 75 2.8 - Conexao dos enrolamentos 76 2.8.1 - Configurac;;ao em estrela (V) 77 2.8.2 - Ligac;;ao em triangulo ~ 79 2.8.3 - Partida serie paralelo 81 2.9 - Identificac;;ao das bobinas de um motor de induc;;ao trifasico 82 2.10 - Tabela de Caracteristicas Eletricas de Motores Trifasicos 85 EXERc!CIOS PROPOSTOS 86Capitulo 3 - Definivoes de Potencia Eletrica 87 3.1 - Potencia ativa 87 3.2 - Potencia reativa 88 3.3 - Potencia aparente 89
  6. 6. 3.4 - Fator de potencia 92 3.4.1 - Causas do baixo fator de potencia 92 3.4.2 - Vantagens da correr;ao do fator de potencia 93 3.4.3 - Metodos para 0 melhoramento do fator de potencia 94 3.4.4 - Medi<;ao do fator de potencia 100 3.4.5 - Ponto de localizar;ao dos capacitores 100 3.5 - Potencia do transfonnador em fun<;ao do fator de potencia 104 3.6 - Potencia de motores trifasicos 3.7 - Fator de potencia dos motores 3.8 - Exemplo para determina<;ao das caracteristicas de potencia de urn motor trifasico 105 105 106 I EXERCICIOS PROPOSTOS 108Capitulo 4 - Diagramas de Comando 109 4.1 - Disposilivos eletricos 109 4.2 - Dispositivos de comando e de prote<;ao 112 .4.2.1 - Classifica<;:ao dos dispositivos eletricos utilizados em baixa tensao 113 4.3 - Fusiveis 116 4.3.1 - Aspectos construtivos dos fusiveis 118 4.4 - Caracteristicas dos fusiveis 119 4.4.1 - Tipo 0 120 4.4.2 - Tipo NH 122 4.4.3 - Dimensionamento dos fusiveis 124 4.4.4 - Fusiveis ultra-rapidos : 125 4.5 - Considera<;6es finais sobre os fusiveis 126 4.6 - Reles de sobrecarga 127 4.6.1 - Representa<;ao dos reles de sobrecorrente 132 4.6.2 - Dimensionamento 132 4.7 - Disjuntores motores ; 133 4.7.1 - Caracteristicas basicas 134 4.7.2 - Dispositivos de partida com disjuntor motor 134 4.8 - Contatores · 135 4.8.1 - Categorias de emprego dos contatores 137.: . 0 ~~i~~~~~~t~~.~l:~r~~~s ~
  7. 7. ":""::---_._--~- 1 • 4.8.2 - Principais defeitos em corrtatores eIetricos 142 4.9 - Dimensionamento do contator 143 4.10 - Vida util do contator 144 4.11 - Blocos antiparasitas 145 4.12 - Principais caracteristicas dos contatores 146 4.13 - Reles auxiliares 146 4.13.1- Rele de tempo com retardo na energizac;ao 146 4.13.2 - Bloco temporizador pneumatico 147 4.13.3 - Rele de tempo estrela-triemgulo (Y -Li.) 147 4.13.4 - Rele de sequencia de fase 148 4.13.5 - Rele de protec;ao PTC : 148 4.13.6 - Reles de falta de fase 150 4.13.7 - Reles de minima e maxima tensao 151 EXERClcIOS PROPOSTOS 151 , ,. Capitulo 5 - Chaves de Partida 153 , ; ,! 5.1 - Partida direta ; 154 5.1.1 - Esquema de ligac;:ao da chave de partida direta 156 5.1.2 - Exemplo de dimensionamento 157 5.2 - Partida estrela-triemgulo 158 5.2.1 - Esquema de ligac;:ao da chave de partida estrela-tri~mgulo 160 5.2.2 - Equacionamento da chave de partida estrela-trimgulo € 161 5.2.3 - Vantagens da chave estrela-triangulo 167 5.2.4 - Desvantagens cia chave estrela-triangulo 167 5.3·· Pi.)rUda cornpcnsadora 167 5.3.1- Autotransforrnador de partida 168 5.3.2 - Esquema de Iigac;ao da chave compensadora 170 5.3.3 - Equacionamento da chave de partida compensadora 171 5.3.4 - Determinac;:ao das correntes da chave compensadora 173 5.3.5 - Exemplo de dimensionamento de uma chave compensadora .. 176 5.3.6 - Vantagens da chave de partida compensadora 178 . 5.3.7 - Desvantagens da chave de partida compensadora 178 EXERclclOS PROPOSTOS 179 , .
  8. 8. ~--~-~ --:: ~ .::;~-~ -~-- ..............---.--, - ---------... - -- - - _ _ . _~ccu,/, . ~.~~, ~~~:~.:E::=:.Ec:::---l_ _ _.;,J:t:V!l~.;5I:I!!I 1IIlli:: "".,,, _ i • • • f I Capitulo 6 - Chaves de Partida Eletronicas 181 I • 6.1 - Soft-Starters 181 • I • 6.1.1 - Principio de funcionamento 182 6.1.2 - Circuito de potencia 183 6.1.3 - Circuito de controle 184 til 6.2 - Principais fun<;:oes da soft-starter 6.2.1 - Prote<;:oes 184 189 I I II II II 6.2.2 - Descri<;:ao dos parametros 6.2.3 - Formas de liga<;:ao 6.3 - Inversor de freqtiencia 192 192 196 • • • 6.3.1- Principios basicos 6.4 - Classifica<;:ao dos conversores de freqliencia 6.4.1 - Conversores com contrale escalar . 198 203 203 .. • .. .. 6.4.2 - Conversores com contrale vetorial.. 6.4.3 - Blocos componentes do inversor de freqliencia 6.4.4 - Dimensionamento do inversor. 203 204 207 .. .. .. 6.4.5 - Sistemas de entrada e saida de dados 209 6.4.6 - Formas de variac;:ao de velocidade em urn inversor de freqilencia 210 ~ 6.4.7 - Conexoes de entrada e saida do inversor de freqilencia 212 6.4.8 - Transferencia de configurac;:ao pela IHM 214 6.4.9 - Aplicac;:ao dos inversores de frequencia em contrale 214 6.4.10 - Considera<;oes finais sobre os inversores de freqliencia 215 EXERCICIOS PROPOSTOS 218 Apendice A - Esquemas Eletricos 219:.. Apendice B - Simbologia Eletrica 233 Referencias Bibliograficas 245 Indice Remissivo 247 .::.G ~C.i~~~~~~t~~ .~I~:r~~~s ~.
  9. 9. "",,,·",1,.-", ~~ _ _ _ _ _ ..:..-.~~~ :-_:~~~_itJ"%$"e;;i¥fir1 ,",;CC -V -. ,,: .~ "Prefacio A motivaya.o para elaborar 0 livro surgiu devido a dificuldade de obter ummaterial didatico na literatura nacional que trate de acionamentos eletricos, comuma linguagem objetiva sem perder a essencia tecnica. Ele apresenta uma descriyao conceitual detalhada aliada a figuras eexemplos ilustrativos que harmonizam a abordagem te6rica com a pratica, 0 quepossibilita 0 pleno entendimento das informa<;:oes. Compoe~se de seis capitutos e dois apendices que descrevem de maneiradinamica e didatica os conceitos fundamentais relativos a acionamentos demaquinas eletricas. Ao final de cada capitulo encontra-se um conjunto deexercicios para facilitar a fixa<;:EIO do conteudo estudado. Os capitulos iniciais apresentam os conceitos relativos aos motoreseletricos monofasicos a partir da descriya.o do seu principia de funcionamento,caraeteristicas construtivas e eletricas e formas de Iiga<;:ao. Os capitulos seguintes trazem as definiyoes de potencia elctrica, fator de:potencia, suas causas, metodos de medi<;:ao e corre<;:a.o. Os dispositivos eletricos e chaves de partida sao tratados intensamente emdois capitulos com a descriyEIO de suas caracteristicas, pOl meio de conceitostecnicos e com 0 auxilio de figuras, possibilitando compreender e dimensionalas chaves de partida e os diaglamas de comando utilizados em acionamentoseletricos. o ultimo capitulo e c.lcslinado as chaves de partida clctronicas;soft-starter e inversor de freqilencia que atualmentesao os equipamentos maiSutilizados nesses processos ao lado dos controladores 16gicos programaveis(CLPs). Os apendices A e B apresentam os principais diagramas e1etrico~utilizados na pratica e a descri<;:ao da simbologia adotada por normas nacionaise intemacionais. E uma obra recomendada a tecnicos, tecn610gos e engenheirosque atuam nas areas de automa<;:ao, mecatronica e eletrotecnica, alem deprofissionais que desejam manter-se atualizados. o autor
  10. 10. MOTORES ELETRICOS o motor eletrico e urn dispositivo que transforma. energia eletrica emenergia medmica, em geral, energia cinetica, ou seja, num motor, a simplespresen<;a da corrente eletrica, seja corrente continua ou altemada, garantemovimento em, um eixo, que pode ser aproveitado de. diversas maneiras,dependendo da aplica<;:ao do motor. o acionamento de maquinas e equipamentos mecamcos por motoreseletricos e urn assunto de grande importancia economica. Estima-se que 0mercado mundial de motores eletricos de todos os tipos seja da ordem de umadezena de bilhoes de dolares por ano. No campo dos acionamentos industriais,avalia-se que de 70 a 80% da energia eletrica consumida pelo conjunto de todasas industrias seja transformada em energia medmica par motores eletricos. Figura 1.1 - Motor eJetrico de indw;ao tri/6sico. Isso significa que, admitindo-se urn rendimento medio da ordem ,de 80%do universo de motores em aplica<;:oes industriais, cerca de 15% da energia.~ ...........................•. ~~.t~~~s.~l.e~~i~~~ ..........•................. 0." :.1
  11. 11. --. ...7..·O- ----..-,.---~-.....,.; ·i:t..::eletrica industrial transforma-se em perdas nos motores. No Brasil, a fabrica<;iiode motores eJetricos e urn segmento relevante da atividade economica. No inkio da decada de 80, a industria brasileira de motores produziu emtorno de tres milh6es de unidades por ano, tendo mais do que 80 mil unidadesacima de 20 CV. Entre 0 fabricante e 0 usuario final deve existir uma estreitacomunicac;:ao, de forma que seja feita uma correta selec;:ao do motor a serutilizado em determinada aplicac;:ao. De acordo com 0 tipo de fonte de alimentac;:ao os motores eletricospodem ser divididos em motores de corrente continua e de corrente alternada. Apresentamos a seguir algumas caracterlsticas basicas dos motores AC eDC: Motores DC: sao conhecidos par seu contrale precise de velociclade epor seu ajuste fino e sao, portanto, largamente utilizados em aplicac;:6es queexigem tais caracteristicas. Vale comentar que a utiliza~ao dos motores decorrente continua teve um grande incremento nos ultimos anos, grac;as aeletronica de potencia, Fontes estaticas de corrente continua com tiristoresconfiaveis, de baixo custo e manutenc;:ao simples, substituiram as gruposconversores rotativos. Com isso, motores de corrente continua passaram aconstitui: altemativa mais atrativa em uma serie de aplicac;6es. Motores AC: a grande maioria das aplicac;6es tern sua configurac;:aomais economica com a utilizac;ao de motores de inclw;:ao de gaiola. Estima-seque 909;() (em unidades) clos motores fabricaclos sejam desse tipo. Quando nao hil necessidade de ajuste e contraIe de velocidade e apotencia e inferior a cerca de 500 CV, sua utilizac;:ao e amplamente dominante.Pode-se dizer que outros tipos de motores sao utilizados somente quandoalguma peculiaridade determina tal opc;ao.Qbscrv(~Q.t 0 constante descnvoluimcmto da e1ctronica de potencia deve /evar a umprogressivo abandano dos matores de corrente contfnua. [sso pOlquc fontcs de tensuo e!requencia contro/adas, que alimentam motores de corrente a/ternada, principalmente os deindw;Qo de gaio/a, ja estQo se transformando em opi;i5es mais atraentes quanta ao ajuste e aocontro/e de velocidade.1.1 - Motores de induvao o motor de indw;:ao converteu-se no tipo mais usado na industria, porquea maioria dos sistemas atuais de distribuiyao de energia eJetrica e de corrente::.0 ~~i~~~~~~t~~.~l:~r:~~s ~
  12. 12. -- T .. l ~ ---~, ~ --01.-~- -~~~"~-:~-7,:~~r:~~,£t:;.:_:~~~.,: . :-~- "­alternada. Comparando com 0 motor de corrente continua, 0 motor de indw;aotern como vantagern a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e maximaeficacia com manutenc;:ao minima. 0 rendimento e elevado para medias emaximas cargas, e pode-se assegurar um born fator de potencia com umasele<;ao correta.1.2 - Fatores de sele~ao Na seleyao do motor, varios fatores sao determinantes. A importanciadesses fatores depende da utilizac;:ao a que 0 motor esta sUjeito e daspossibilidades do investidor. A seguir estao enumerados os principais fatores quedevem ser levados em considerac;:ao no processo de selec;:ao de um motor: • Fonte de alimentac;:ao: tipo, tensao, freqUencia, simetria, equilibrio etc.; • Condi<;6es ambientais: agressividade, periculosidade, altitude, tempe­ ratura etc.; • EXigencias da carga e condi<;6es de servi<;o: potencia solicitada, rotac;:ao, esforc;:os mecanicos, configura<;ao fisica, ciclos de operac;:ao, confiabilidade etc.; • Consumo e manutenc;:ao (varia com os interesses econ6micos, perspectiva a curto ou longo prazo); • Controlabilidade: posic;:ao, torque, velocidade, corrente de partida (de acordo com exigencias da carga).1.3 - Tipos de motores eletricos Os motores eletricos sao basicamente divididos em duas grandescategorias quando consideramos tipo de tensao: corrente continua e correntealternada. A figura 1.2 mostra uma descric;:ao detalhada dOlO principais tipos demotores.1m II m.. ~ Motores Eletricos . ::J..:.1 Q r I I
  13. 13. • •~--------~ -----........c,.,~_,;·.1· -.. -- --­ - Split phase Capacitor - de partida I ~ Gaiola de Capacitor esquilo I pennanente P610s - sombreados -1 Assincrono ~ Capacitor de I dais valores rl Monofiisico f----- Rolor -1 bobinndo I [ Repulsao I ,-- Relutfmcia I Motor CA t-- H -1 Sincrono L Universal I Histerese r de galola rl Assincrono L de aneis Trifasico I-- r- -~ Ima pennanente -1 Sfncrono I­ P610s salientcs ~ Excita<;flo I P610s Iisos I- , . Figura 1.2 - Tipos de motores eletricos. Serao abordados com maior profundidade os motores em corrente alternada, ja que a maioria dos motores eletricos utilizados na industria pertence a esta categoria. I as motores assincronos trifasicos sao as mais utilizado$ em conjunto com I comandos eletricos devido ao seu custo, robustez e facilidade para inverseo do sentlclo de rota9&o. EXistem dois tlpas de rotates nElSSIIlS mdtotes. 0 mais I comum e, sem duvida, 0 rotor gaiola de esquilo, conhecido tambQm como I rotor em curto-circuito ou rotor de gaiola. 0 segundo e 0 rotor bobinado. I I 1.3.1 - Motor com rotor gaiola de esquilo I I orotor gaiola de esquilo e 0 mais robusto de todos. Nao exige 0 uso de escovas nem de comutadores, 0 que evita muitos problemas relacionados a I desgaste e manutenc;:ao. I , .: e ~~i~~~~~~t~~ .~:~~~~s ~ , , , I I I
  14. 14. --.-. ~~-~A.·~~~-...w8 _.-"._~"i"".l-$,;{t~,~"W<t,.;o-~"",~ _ _ _ _ _ ~~~:~;~:.~.~~~_~_;~---S; ~,2.,,=~~:.~_:,~~~~~r:~F::, - ":~~ .-. A forma mais simples do motor com rotor gaiola de esquiIo apresenta um conjugado de partida relativamente fraco e 0 pica de corrente na partida aicanc;:a ate dez vezes 0 valor da corrente nominal do motor. Esses aspectos podem ser m~lhorados parcialmente pela construc;:ao do proprio rotor. Em especial, as barras que formam a gaiola influem nessas caracteristicas. Motores de melhor desempenho sao equipados com rotores gaiola de barras altas, barras de cunha ou barras duplas. ­ 1.3.2 - Motor com rotor bobinado o rotor bobinado tem um enrolamento composto por tres bobinas, semelhante ao estator do motor. Essas bobinas sao ligadas normalmente em es­ trela, com os tres terminais livres conectados a aneis deslizantes no eixo do rotor. Esses aneis permitem, por meio de escovas, a conexao de reostatos (resistores variaveis) no circuito das bobinas do rotor para manipular as caracteristicas de partida, como, por exemplo: melhorar 0 conjugado de partida e diminuir 0 pica de corrente na partida. Alem de diferentes rotores, existem ainda varios tipos de enrolamentos nos estatores dos motores com a finalidade de obter mais de uma velocidade de regime para 0 mesmo motor. 1.3.3 - Motor Dahlander , 0 enrolamento Dahlander e 0 preferido para motores de duas velocidades, sendo uma velocidade maior e outra menor. 0 numero de rotac;:oes em velocidade menor corresponde sempre a metade do numero de rotac;oes em velocidade maior. 0 rendimento do motor em velocidade maior e melhor do que em velocidade menor. A potencia do motor em velocidade maior e 1.5 ate 1.8 vezes maior do que em velocidade menor. . o enrolamento Dahlander consiste em seis bobinas, que podem ser combinadas de duas formas. 0 motor possui seis terminais, como 0 motor para uma velocidade, ponzm nao pode ser adaptado para duas tensoes. 1.3.4 - Motor com dois enrolamentos separadosI1 Nesse tipo de motor existemdois enrolamentos separados, 0 que possibilita duas velocidades em urn so motor. Cada enrolamento e ligado para obter a respectiva velocidade, deixando 0 segundo enrolamento desligado e II Motores Eletricos •................................................................................... G.: . ,.
  15. 15. vice-versa. Isso traz a desvantagem de que apenas metade do motor esta ativa, 0que diminui seu rendimento.1.3.5 - Motor para tres e quatro velocidades Em motores de tres velocidades une-se um enrolamento Dahlander a umenrolamento separado. Para obter quatro velocidades unem-se dais enro ­lamentos Dahlander separados em um 56 motor. A respeito das razoes dasvelocidades e do rendimento, vale 0 que foi dito anteriormente para 0 caso domotor Dahlander.1.4 - Constitui~ao do motor de indu~ao o motor assincrono e constituido, basicamente, pelos seguintes ele­mentos: • Urn circuito magnetico estatico: composto de chapas ferromag­ neticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual 5e da 0 nome de estator, em que fica a carca<;:a que e a estrutura que tambem tern a funyao de suporte do conjunto. Possui uma constrw;:ao robusta em ferro fundido, a<;:o ou alumlnio injetado, resistente a corrosao e com aletas para a refrigerayao. • Bobinas: de acordo com 0 numero de grupos que caracterizam 0 motor monofasico ou polifasicoj localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente altemada. • Rotor: formado pOl urn nucleo ferromagnetico, tambem laminado, sobre 0 qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralclos, nos quais sao induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. o rotor e apoiado em uma cavidade que transmite a carga a energiamecanica produzida. 0 entreferro (distancia entre a rotor e 0 estator) e bastantereduzido, de forma a diminuir a corrente em vazio, que leva a perdas, mastambem aumenta 0 fator de potencia em vazio. A figura 1.3 apresenta as diversos elementos que compbem 0 motorassincrono de rotor em gaiola de esquilo:: 0 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~r~~~s ~
  16. 16. ·._~ ~_ ==.. .. <.~~~.~:"" "·!~J::.:~:jtt~·~~~-- . ­ .. 1.­ .. .. .. ... iii ... • ... .. 2v Figura 1.3 " Motor de indw;aa gaia/a de esquilo. (cartesia WEGj A partir da figura 1.3 podemos dividir construtivamente 0 motor em duaspartes: Estator: • Carca<;a (1) • Nuc!eo de chapas (2) • Enrolamento trifasico (8) Rotor • Eixo (7) • Nuc!eo de chapas (3) • Barras e aneis de curto-circuito (12) Outras partes: • Tampa (4) • Ventilador (5) • Tampa defletora (6) II Motores Eletricos e·.:"..................................................................................
  17. 17. ~:z~ _ • Caixa de ligac;:ao (9) • Tenninais (1O) • Rolamentos (11) J . Quando 0 motor e energizado, ele funciona como um transformador com secundario em curto-circuito, portanto exige da rede uma corrente muito maior do que a nominal, podendo atingir cerca de sete vezes 0 valor da corrente nominal. A mC?dida que 0 campo girante arrasta 0 rotor, aumentando sua velocidade, a corrente diminui ate atingir a corrente nominal, no tempo em que a rotac;:ao atinge seu valor nominal. No capitulo 2 temos a descric;:ao de funcionamento do motor eletrico. 1.5 - Motores de indu~ao monofasicos Os motores monofasicos sao assim chamados porque os seus enro­ lamentos de campo sao ligados diretamente a uma fonte monofasica. Entre os varios tipos de motores eletricos monofasicos, os motores com rotor gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricac;:ao e, principalmente, pela robustez, confiabilidade e manutenc;:ao reduzida. Por terem somente uma fase de alimentac;:ao, nao possuem um campo .girante como os motores polifasicos, mas um campo magnetico pulsante. Isso impede que tenham torque de partida, tendo em conta que no rotor se induzem campos magneticos alinhados ao campo do estator. Para solucionar 0 problema de partida, utilizam-se enrolamentos auxi­ liares, que sao dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase ficticia, permitindo a formac;:ao do campo girante necessario para a partida. Assim, teremos um enrolamento de armadura com duas partes: um I enrolamento principal, que e coneetado diretamente a rede de alimentac;:ao. A I outra parte e 0 enrolamento secundilrio ligado em serie com um capacitor e I esse circuito e Iigado em paralelo com 0 circuito principal. Desta maneira, a I corrente eletrica que circula pelo enrolamento auxiliar esta adiantada em aproximadamente 90° da corrente do enrolamento principal. I I Na figura a seguir temos um motor monofasico de uso comerciaJ. I I I I I I I I I I
  18. 18. ---_ _-­ -. _______ ... . "_--__-~- _-_"~_-::_-::.-,~~-. -"~~E~I~~ ---- Figura 1.4 - Motor mono!6sico. (cortesia WEG) as motores de induc;:ao monofasicos sao a altemativa natural aos motoresde induc;:ao polifasicos, nos locais onde nao se disp6e de alimentac;:ao trifasica,sendo empregados com freqUeneia em resideneias, escrit6rios, oneinas e emzonas rurais, em aplicac;:6es como: bombas dagua, .ventiladores e meio deacionamento para pequenas maquinas. Nao e recomendavel 0 emprego demotores monofasicos maiores que 3 CV, pois estao Iigados somente com umafase da rede, provocando um considerilVel desbalanceamento de carga na rede. a emprego de motores monofasicos se justifica pelos itens citadosanteriormente, entretanto temos alguns inconvenientes desse tipo de motor: • Levando-se em considerac;:ao 0 Gusto, 6 motor monofasico tem um custo rnais elevado que urn motor trifasico de mesma poteneia. • 0 motor monofasico sofre desgaste mecEmico do platinado (contato centrifugo necessario a partida do motor). • 0 motor monofasico a1canc;:a apenas 60 a 70% da potencia do motor trifasico do mesmo tamanho. • a motor monofasico apresenta rendimento e fator de potencia menores. • Nao e possivel inverter diretamente 0 sentido de rotac;:ao de motores monofasicos. II II Motores Eletricos @ .:,." ·
  19. 19. A seguir, temos os tres tipos de motores monofasicos mais utilizados naprirtica.1.5.1 - Motor monofasico com dois terminais E destinado apenas a um valor de tensao, e nao pode ser adaptado adiferentes valores de tensao. Assim, a tensao aplicada na placa deve ser igual atensao da rede de alimenta9ao. Outro inconveniente e 0 fato de nEm ser possivel a inversao do seu sentidode rota9ao, pois ele tem somente dois terminais em que sao ligados oscondutores de fase (Ll) e neutro (N). A inversao dos cabos de alimenta9ao fasee neutro nao provoca a inversao do sentido de giro.1.5.2 - Motor monofasico com quatro terminais Nesse tipo de motor 0 enrolamento e dividido em duas partes iguais.Toma-se possivel a instala9ao do motor a dois valores de tensao, que saochamados de tenSQO maior e tenSQO menor. o valor de tensao maior e sempre igual a duas vezes 0 valor de tensaomenor, sendo que os valores mais utilizados sao 220 V para 0 de maior tensaoe 110 V para 0 de menor tensao. Nao Ii possivel inverter 0 sentido de rota9aodesse motor. Pelo diagrama a seguir, os terminais 1 e 2 sao conectados a uma metadee os terminais 3 e 4 a segunda metade do enrolamento. As duas partes doenrolamento devem ser ligadas em serle se a tensao de alimenta9ao for de 220V. Se a tensao de alimenta<;:ao for 110 V, as duas partes do enrolamento devemser ligadas em paralelo, como mostra a figura 1.5. Ll N L1 N 11 c:r-o 2 3 1 Lo-l 4 3 2 4 Figura 1.5 - Esquema de Iigci<;ao de motor monojasico com quatro terminais.: 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s . ..•........•.•..••••..•... ~
  20. 20. >",,--_.. -... ....,. -~.,", _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -~~:..::_~~~_-:-~- . ·,~~@f$t¥r-""t··5*t4i*it(-~,,,-.·c :-----~ 1.5.3 - Motor monofasico com seis terminais Com esse tipo de motor podemos efetuar a liga<;:ao em dois tipos de tensao de alimenta<;:ao diferentes. Alem disso, pode-se inverter 0 sentido de giro desse motor. E necessario ressaltar que nao e possivel fazer a inversao com 0 motor em movimento. Deve-se desliga-lo para que possa ser dada a partida em outra dire<;:ao. Os terminais 1 ate 4 sao conectados as duas metades do enrolamento, como nos motores de quatro terminais. Os terminais 5 e 6 estao ligados a parte e tem como fun<;:ao a inversao do sentido de rota<;:ao, bastando inverter a liga<;:ao dos terminais 5 e 6. A liga<;:flO do motor a maior tensao (220 V) e feita como no motor de quatro terminais. A figura 1.6 mostra 0 esquema de liga<;:ao para a tensao maior. Para inverter 0 sentido de rota<;:ao, basta trocar as conex6es dos temiinais 5 e 6. Ll N k L-A ~ ~ Figura 1.6 - Esquema de liga<;iio de motor monoj6sico com seis term ina is. A figura seguinte mostra a liga<;:ao na menor tensao (llOV). Como no caso da maior tensao, para inverter a rotac;;ao, basta trocar a ligac;;ao dos terminais 5 e 6. Ll N Ll N ~~ X Figura 1.7 - Inversiio de rota<;iio de motor com seis terminais. •~ ~ ~~~~:~s. ~~e.t~~~~ e..: I,
  21. 21. 1.6 - Motoresde indu~ao monofasicos Estao divididos nas categorias enumeradas a seguir: • Motor de p610s sombreados (ou shaded pole) • Motor de fase dividida (ou split phase) • Motor de capacitor de partida (ou capacitor start) • Motor de capacitor permanente (ou permanent split capacitor) • Motor com dois capacitores (ou two value capacitor) 1.6.1 - Motor de p610s sombreados (Shaded Pole) o motor de p610s sombreados, tambem denominado motor de campo distorcido (ou shaded pole), grac;:as ao seu processo de partida, e 0 mais simples, confiavel e econ6mico dos motores de indw,:ao monofasicos. Construtivamente, existem diversos tipos, e uma das formas mais comuns e a de polos salientes. Cada polo tern uma parte (em geral 25% a 35%) abrac;:ada por uma espira de cobre em curto-circuito, como e mostrado na figura 1.8. A corrente induzida nessa espira faz com que 0 fluxo que a atravessa sofra urn atraso em relac;:ao ao fluxo da parte nao abrac;:ada por ela. 0 resultado disso e semelhante a urn campo girante que se move da direc;:ao da parte nao abrac;:ada para a parte abrac;:ada do polo. Isso produz 0 torque que fan~ 0 motor partir e atingir a rotac;:ao nominal.-- o sentido de rotac;:ao, portanto, depende do lado em que se situa a parte abrac;:ada do polo. ConseqUentemente, 0 motor de campo distorcido apresenta urn unico senlido de rolac;50. Esle, geralmcnle, pode ser InverUdo, mudnndo-se a posic;:ao da ponta de eixo do rotor em relac;:ao ao estator. Existem outros metodos para obter inversao de rotac;:ao, mas muito mais dispendiosos. ·: e ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~~s .•..•••..•..•....••..••..•. ~
  22. 22. -;--_---:::---:-:--::------------~~- --- ---­.~ Espira / de sombra Figura 1.8 - Motor de palos sombreados. As espiras de sombra sao aneis de cobre inseridos nas sapatas polares. Devido a induyao magnetica nos aneis, 0 campo magnetico no entreferro sob eles ter<~ uma defasagem em relayao ao restante da regiao da sapata polar. Tudo ocorre como se houvesse urn campo girante sob cada sapata polar. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam . baixo torque de partida (15% a 50% do nominal), representado na figura 1.9, baixo rendimento e baixo fator de potencia. Devido a esse fato, eles sao normalmente fabricados para pequenas potencias, que vao de alguns milesimos de CV a 1/4 CV. De forma geral, 0 controle de velocidade dos motores de campo distorcido consiste em reduzir a tensao de alimentayao aplicada. 100 50 -t--.-----r---.--r----,-~ %0, 20 40 60 80 100 . Figura 1.9 - Curua torque x rotat;QO para 0 motor de palos sombreados. Pcla sua simplicidade, robustez e baixo custo sao ideais nas seguintes aplicayoes: movimentayao de ar (venlllndorcs, exnuslorcs, puriflcndores de ambiente, unidades de refrigerayao, secadores de roupa e de cabelo, pequenasi bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplica~6es domes- ticas). , f::: .~ ~~.t~~~. ~~e.t~i~~~ ~..:! i .- .. ~,,,.-- _.-- .. ~
  23. 23. 0"-=._" "-0 ,.::.~~-.-.;:; .. _.~·..:t~.:~·","<" ..",­ -~"~-"--: ;C~_~;;;_ .#"l•• - _- ;f:;: t~l"!k" ttRtiz ~.~.~,~.- ;w7lwriF,-::-··..-~------------------~- 1.6.2 - Motor de fase dividida (Split Phase) Esse motor possui urn enrolamento principal e urn auxiliar (para a partida), ambos defasados de 90 0 , como mostra a figura 1.10. 0 enrolamento auxiliar cria urn deslocamento de fase que produz 0 torque necessario para a rota<;:ao inicial e a ace1erac;ao. Quando 0 motor atinge uma rotac;ao predeter­ minada, 0 enrolamento auxiliar e desligado da rede por meio de uma chave que normalmente atua por uma for<;:a centrifuga (chave ou disjuntor centrifugo) ou, em casos especificos, por rele de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como 0 enrolamento auxiliar e dimensionado para atuar apenas na partida, se nao for desligado logo apos a partida, danifica-se. o angulo de defasagem que se pede obter entre as correntes do enro/amento principal e do enrolamento auxiliar e pequeno; assim 0 conjugado de partida e proporcional ao sene do angulo entre as correntes nos enrolamentos principal e auxiliar, no instante da partida; por isso esses motores tem torque de partida igual ou pouco superior ao nominal, 0 que limita a sua aplicac;ao a potencias fracionarias e a cargas que exigem pouco torque de partida, tais como:. maquinas de escritorios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores hermeticos, bombas centrifugas etc. Normalmente sao construidos em potencias fracionarias que nao excedem % de CV. . A chave centrifuga mantem em uniao urn bloco de contatos com os contatos do enrolamento auxiliar atraves de mdas, de modo que 0 circuito esta fechado na partida. A medida que. aumenta a velocidade do motor, pesos sao deslocados para fora, superam a tensao das molas e afastam 0 bloco de contatos, abrindo 0 circuito do cnrolamento iluxiliar, 0 qual pcrmancce aberto enquanto 0 motor estiver funcionando . . __----./_---...., 1 Chave centrlluga u C C i ~ 8 ~ Enrolamento auxiliar Figura 1.10 - Motor de Jose diuidida. Para esse tipo·· de motor 0 ~nrolamento auxiliar e desconectado da rede por maio de chava centrifuga quando a rota~ao estiver situada entre 75% e 80% da valocidade sincrona, pois nesse intervalo de velocldades, 0 conjugado produzido pelo campo pulsante do enrolamento principal excede aquele .: 0 , , ~~i~~~~~~t~~ .~I~:~~~s , ~
  24. 24. ,--"------~..~>d I i I desenvolvido pelos dois enrolamentos combinados. A Figura 1.11 mostra 0 comportamento do torque com a variayao da velocidade do motor. 200 100 t-----­ --+-----.----...-------,,----Y----t---. %ns 20 40 Figura 1.11 - Curva torque x 60 rota~ao 80 100 para 0 . motor de Jase dividida. A corrente de rotor bloqueado varia entre cinco e sete vezes a corrente nominal, mas nao constitui urn problema. Uma vez que os rotores desse tipo de .motor sao de tamanho reduzido, apresentando uma baixa inercia mesmo quando ligados Ii carga, a corrente de partida relativamente elevada cai quase que instantaneamente. Para inverter 0 sentido de giro do motor de fase dividida, e necessario inverter a polaridade dos terminais de ligayao da rede em relayao a urn dos enrolamentos, principal ou auxiliar. A inversao do sentido de giro nunca pode ser feita em condiyoes de funcionamento. o controle de velocidade em motores de fase dividida deve ser realizado numa faixa bastante limitada, que se situa acima da velocidade de operayao da chave centrifuga e abaixo da velocidade sincrona. Seu controle de velocidade e muito dificil, ja que sua velocidade sincrona e determinada pela freqUenCia da rede e pelo numero de p610s desenvolvidos pelo enrolamento principal. 1.6.3 - Motor de capacitor de partida (Capacitor Start) E urn motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferenya reside na inclusao de urn capacitor eletrolitico em serie com 0 enrolamento auxiliar de partida. 0 capacitor permite maior angulo de defasagern entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando elevados torques de partida. A figura 1.12 descreve 0 motor de capacitor de partida. Como no motor de fase dividida, 0 circuito auxiliar e desligado quando 0 motor atinge entre 75% e 80% da velocidade sincrona. • ~ ~.o.t~~~s. ~I.e.t~i~~~ @..: : ,
  25. 25. ----------- Nesse intelValo de velocidades, 0 enrolamento principal sozinho desenvolve quase 0 mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade sincrona, a CUlVa do torque com os enrolamentos combinados cruza a CUlVa de torque do enrolamento principal, como mostra a figura 1.13. Desta forma, para velocidades acima deste ponto, 0 motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com 0 circuito auxiliar ligado do que com ele desligado. 1­ =--,----/ Chave centrrruga -----11 C c ." 8 Po ~ " E .!S! 2 c w Enrolamenta auxilinri , Figura 1.12 - Motor com capacitor de partida. Devido ao fato de 0 cruzamento das CUlVas nao ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, 0 disjuntor centrifugo nao abrir sempre exatamente naI. mesma velocidade, e pratica comum fazer com que a abertura aconte<;a, na media, urn pouca antes do cruzamenta das CUlVas. !bC n 300-t---~ 200 , , , , ,i ; 100 -+---r--...,..---~---I----l--+ %ns 20 40 60 80 100 Figura 1.13 - Curva de torque x rotac;ao para 0 motor com capacitor de partida. Com a seu elevado torque de partida (entre 200% e 350% do torque nomina!), 0 motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplica<;6es Ii! fabricado para potencies que VaG de 1/ CV a 15 CV. 4 Davida eo dimensionamento do enrolamento auxiliar e do capacitor de partida basear-se apenas no seu funcionamento intermitente, uma chave .: e ~~i~~~~~~t~~ .~I~~r~~~s . ..•...••...•........•..•.. ~
  26. 26. ,. centrifuga de partida defeituosa pode causar danos nao apenas aos , enrolamentos do motor, mas tambem ao capacitor. Igualmente aos motores de fase dividida, para inverter 0 sentido de giro dos motores de capacitor de partida, e necessario inverter a polaridade dos terminais de liga<;:ao da rede em rela<;:ao a um dos enrolamentos. Isso toma possivel realizar a inversao do sentido de giro com 0 motor em funcionamento. 1.6.4 - Motor de capacitor permanente (Permanent Split Capacitor) Nesse tipo de motor, 0 enrolamento auxiliar e 0 capacitor ficam perma­ nentemente ligados, sendo 0 capacitor do tipo eletrostatico, como indica a figura 1.14. 0 efeito desse capacitor e criar concli<;:oes de f1uxo muito semelhantes as encontradas nos motores polifasicos, aumentando, com isso, 0 torque maximo, 0 rendimento e 0 fator de potencia, alem de reduzir sensi- . velmente 0 ruido. 8 Enrolamento auxiliar Figura 1.14 - Motor de capacitor permanente. Construtivamente,. sao menores e isentos de manuten<;:ao, pois nao. utilizam contatos e partes m6veis, como nos motores anteriores. Porem, 0 seu torque de parlida e inferior no do motor de rase c1lvidida (50911 a 1000/l1 do· conjugado nominal), 0 que limita sua aplica<;:ao a equipamentos que nao· requerem elevado torque de partida, tais como: maquinas de escrit6rio,. ventiladores, exaustores,· sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas. serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores etc. Sao fabricados, normalmente, para potencias de 1/50 a 1,5 CV. A figura 1.15 ilustra 0 comportamento do torque com a varia<;:ao da velocidade. 1iI, Motores Eletricos ................................................................... ~ e:;­ .
  27. 27. %CS 300 200­ 100 -+---r---,---.--~-+-- % Os 20 40 60 80 100 Figura 1.15 - Curua torque x rotac;iio para 0 motor de capacitor pcrmancnte.1.6.5 - Motor com dois capacitores .(Two Value Capacitor) E urn motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: partida como 0do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime identico ao domotor de capacitor permanente, como e ilustrado na figura 1.16. Devido ao seualto custo, normalmente e fabricado apenas para potencias superiores a 1 CV. Capacitor pcnnanente Capacitor / de arranque Fase principal 8 1- Chave Figura .1.16 . Motor com dais capacitorcs. Nesse tipo de motor, sao utilizados dais capacitores durante 0 periodode partida. Um deles e um capacitor eletrolitico de partida, de capacidaderazoav<ilmente elevada, cerca de 10 a 15 ·vezes 0 valor do capacitor de{uncionamento, que e desllgado do circulto pOr meio de uma. chav~ centrifugequando a velocldade do motor atinge 75% a 80% da veloCldade sincrona,mostrado na figura 1. 17. I I I I I.::.e.., ,, ". ~~i~~~~~~t~~,~I~~~~~S I .. , ....•....•.........•.... ~ I I I I I
  28. 28. ,.... , ... -, ,.,-~ _ _ .......""_.""""".. ,.- ...r,~, ------_. .. -- .. ~ ~ "::.";""~.~..~·gi~·;;·~~ii;J;k.· .. ...... Ii til 300 ti il 200 Wi I 100 -+---.----,-----,.------+----1--+ %ns .ill ill 20 40 60 80 100 til Figura 1.17 ~ Curva torque x rota~ao para 0 motor com dois capacitores. Ele pode reverter 0 seu sentido de rota~ao, pois quando em funcio­ namento, se a polaridade dos terminais de Iigac;ao da rede e invertida em. relac;ao a urn dos enrolamentos, 0 seu sentido de giro tambem se inverte. :~ i~ Inversoes freqilentes reduzem a vida uti! da chave centrifuga. Assim, quando forem necessarias freqilentes reversoes, deve-se dar preferencia ao uso i~ de um motor de capacitor permanente. 1.7 - Motor universal Varios aparelhos eletrodomesticos, especialmente de cozinha, e diversas ferramentas portateis uti!izam outro tipo de motor monofasico, denominado universal, cujo principio de funcionamento e comp!etamente diferente do motor de indu~ao. A denominaC;ao de motor universal deriva do fato de poder operar tanto sob alimentac;ao CA como Cc. A rigor, trata-se de um motor CC serie. Para opcrac;ao em CA, 0 estator e 0 rotor devem ser de chapas Inminadi.:ls, para evitar perdas por histerese e correntes parasitas. Trata-se de urn motor de velocidade vari6vel, coin baixas velocidades para grandes conjugados e altas velocidades para pecjuenas cargas. 0 conjugado de partida tambem e elevado. Devido a isso, sao usados comumente em pequenos eletrodomesticos, como fura~eiras eletricas e lixadeiras, que requerem conju­ gado elevado, e em liquidificadores, aspiradores de po e bombas centrifugas, que requerem alta velocidade. Normalmente sao fabricados para potencias fracionarias de ate 3/4 CV.• Para potencias acima de alguns poucos CV, funcionam precariamente em corrente alternada. H6 urn grande faiscamento nas escovas, e 0 rendimento e 0 fafor de potencia decrescem. II Motores Eletricos ................................................................................... G.:.: , ,
  29. 29. Tipicamente 0 estator e urn conjunto de p610s salientes com bobinasenroladas sobre eles. 0 rotor e constituido par urn enrolamento distribuido emranhuras e ligado em serie com as bobinas do estator, que recebe 0 nome dearmadura. Os terminais das bobinas do rotor sao soldados num anel coletorsolidinio ao eixo, e a conexao com 0 meio extemo e feita par urn conjunto deescovas de grafite. Na figura 1.18 temos a representayao desse tipo de motor: Rotor bobinado Figura 1.18 - Motor universal.1.8 - Identifica~ao das bobinas de urn motor monofasico Os motores monofasicos de fase auxiliar sao as mais utilizados na pratica.As suas bobinas sao identificadas da seguinte forma: 1 3 5 , , 2 4 T {} Figura 1.19 - Bobinas de um motor mon%sreo. o enrolamento principal e representado por duas bobinas, sendo as seusiniclos os numeros 1 e 3 e os seus finafs 2 e 4 respectivamente. 0 enrofamentoa:uxiIiar a representado pelos bomes nurnerad.os com mlcio cia bobina em 5 efinal em 6. Nesse enroIamento estao urn capacitor e urna chave centrifuga,...e.. _ _: ~~~~~~~t~~_~~~~s ....••.• , • " ••••.••••.••••• ~ ,
  30. 30. -,.~.. ..""-"".~.,. ""~-"-~"-----~.#;~-~- ,~_ .._"--,,....."" ... _,~,,.."-~<.~ ...,,..... ,1...... :": .... " -; ; : rt responsavel. pelo desligamento desse enrolamento quando 0 motor atingir 75% de sua velocidade nominal. Para determinarmos os enrolamentos do motor monofasico, primeira- mente com 0 auxilio de urn ohmimetro, devemos medir 0 valor de resistencia de cada uma das bobinas. A bobina que apresentar 0 maior valor de resistencia sera a auxiliar e as outras duas serao as bobinas principais. o proximo passo e a polariza<;:ao das bobinas principais em que se deve i ligar as duas bobinas em serie e aplicar a tensao nominal delas na associa<;:ao e medir a corrente, como mostra a figura 1.20. F------------, N------...J 3 4 Figura 1.20 - Determinac;cio da polaridade dos enrolamentos principais. Inverte-se uma das bobinas e mede-se a corrente novamente, como indica a figura 1. 21. F -------------, N-------- 4 3 2 Figura 1.21 - Determinac;cio da polaridade dos enrolamentos principais. Deve-se aplicar os nillneros I, 3, 2 e 4 it ligac;ao das bobinas que apresentar a menor corrente.
  31. 31. 1.9 - Motores sincronos Sao denominados motores slncronos porque a velocidade do seu rotor esincronizada com 0 campo girante que e estabelecido no estator. A velocidade·do motor sincrono e determinada pela equa~ao: Ns= 120.j p Sendo: Ns = velocidade slncrona em rpm F = freqUencia em hertz P = numero de polos Como podemos considerar a freqUencia que alimenta 0 motor constante,bem como seu numero de polos, podemos considerar 0 motor slncrono CAuma maquina de velocidade constante. Da mesma forma, 0 funcionamento dos motores slncronos requer aaplica<;ao de uma tensao altemada no estator do motor, sendo a eXcita<;:ao docampo rot6rico feita por meio de uma fonte de correnfe continua, que pode serobtida diretamente de uma fonte externa, ou de uma excitatriz conectada aoeixo do motor. Uma pequena parcela do torque do motor sera utilizada paragerar a corrente continua para a excita<;:ao do campo. As figuras 1.22 e 1.23 mostram, respectivamente, um esboyo daestrutura de um motor sincrono comercial WEG.::.8 ~~i~~~~~~t~~ .:I~:r:~~s ,.,
  32. 32. , ,0- ,0_, _ _.. ~. -~"-..:>t-.4/."";i",,!,", • __ ......,," ~"""_ .~,._. __ -•. l~ .........."· ... _ ~._<,··.~~,~~_: ·;~· _~·":;;.,::,,",,,:~~~,:,,,-~ -" . ... Estator .. .. .. .. Entreferro + .. til til .- til Figura 1.22 - Estrutura do motor sfncrono. -fill ... - . .. .. ~ ~ !-t i~ ! Figura 1.23 - Motor sfncrono WEG..~ .. " " ....•.......... ~~:~~~.~l.e.t~i~~~ " ..........•.. .. e.·
  33. 33. 1.9.1 - Utiliza~ao do motor sincrono para corre~ao do fator de potencia Devido a possibilidade de variac;ao da excitac;ao do campo, 0 motorsincrono possui uma caractenstica que nenhum outro possui, que e a possibi-lidade da variac;ao do fator de potencia. Em urn motor sincrono, quando uma carga e aplicada, ha um deslo-camento do angulo de fase do rotor com relac;:ao ao campo. Apesar de avelocidade do motor continuar sincrona, teremos nestas condic;6es um fator depotencia em atraso. Para que 0 motor volte a operar em condic;:6es de fator depotencia unitilrio, deve-se aumentar a corrente continua de excitac;:ao, 0 quetoma 0 fator de potencia unitario e se for mantido 0 aumento de corrente, 0fator de potencia ficara adiantado. Podemos afirmar que para uma dada carga 0fator de potencia e diretamente dependente da corrente de excitac;ao. Isso acontece porque, quando a corrente de eXcitac;ao e de valor reduzido,a forc;a eletromotriz induzida no estator e pequena, 0 que leva 0 estator aabsorver da rede de alimentac;ao uma potencia reativa necessaria para aformac;ao do campo magnetico, ocasionando baixo fator de potencia. 5e acorrente de excitac;:ao for aumentada, para a mesma carga, haven~ uma e1e-vac;ao na forc;:a eletromotriz no estator, 0 que fara com que a corrente doestator, que estava anteriormente atrasada, possa ficar em fase com a tensao darede, caracterizando urn fator de potencia unittlrio. Se 0 aumento da correntede excitac;ao prosseguir, teremos entao uma corrente do estator adiantada, 0que caracteriza um fator de potencia adiantado. Este comportamento pode ser verificado na figura 1 ~24 em que notamosque 0 fator de potencia de um motor submetido a uma determinada carga,representada pelas diferentes curvas, depende da sua corrente de excitac;ao, emque I", representa a corrente do induzido e IF a corrente de excitac;ao.·::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~I~:~~~s ~

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