MANUTENÇÃO ELÉTRICA INDUSTRIAL * ENROLAMENTOS P/ MOTORES CA *

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1 MANUTENÇÃO ELÉTRICA INDUSTRIAL * ENROLAMENTOS P/ MOTORES CA * Vitória ES 2006

2 7. ENROLAMENTOS PARA MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA A maneira mais conveniente de associar vários condutores de um enrolamento é distribuí-los em forma de bobinas e a distribuição deve ser feita de tal modo que formem grupos. As bobinas de cada grupo são ligadas entre si, apresentando cada grupo um início e um fim, colocados uniformemente nas ranhuras do núcleo do estator para gerar o campo magnético. Os enrolamentos dos motores CA podem ter diversas formas e distribuições, dentre as quais destacamos: Enrolamento meio imbricado Enrolamento imbricado Enrolamento concêntrico No enrolamento meio imbricado cada lado de bobina ocupa toda a área da ranhura. O número de ranhuras ocupadas deve ser par e o número de bobinas é igual a metade do número de ranhuras do estator. Todos os condutores situados numa ranhura fazem parte da mesma bobina. Também chamados de enrolamentos de uma camada, tem a vantagem de permitir um isolamento mais perfeito entre as fases sem o uso excessivo de isolante. Todas as bobinas que compõem os grupos possuem o mesmo formato e tamanho como também o mesmo número de espiras (pré-moldadas) resultando num enrolamento contínuo e simétrico. 1

3 No enrolamento imbricado cada ranhura é ocupada por dois lados de bobina e existem tantas bobinas quantas são as ranhuras do estator. Todas as bobinas têm o mesmo formato e tamanho como também o mesmo número de espiras (pré-moldadas)., resultando num enrolamento perfeitamente simétrico. Os dois lados de bobinas são colocados em camadas sobrepostas e separadas por um isolante, pois cada lado de bobina pertence a grupos de fases distintos e como há uma d.d.p. relativamente elevada, é necessário uma isolação eficiente para diminuir os riscos de curto circuito entre bobinas. O nome enrolamento concêntrico (ou em cadeia) é associado ao de uma corrente, devido a analogia que existe entre os grupos de bobinas (posição relativa entre eles) e os elos das correntes. No enrolamento em cadeia o formato das suas bobinas normalmente é oval e o enrolamento é constituído por grupos contendo duas, três e até mais bobinas de tamanhos diferentes (com o mesmo centro de referência). Cada ranhura pode conter um ou mais lados de bobinas e o número de espiras por bobina em um grupo pode variar em função da distribuição nas ranhuras. Este tipo de enrolamento pode ser executado manualmente ou utilizando formas pré-moldadas ou ainda máquinas automáticas para colocação do enrolamento. 2

4 7.1 REPRESENTAÇÃO DOS ENROLAMENTOS A visualização mais completa do enrolamento de uma máquina elétrica é feita mediante seu esquema elétrico. Há vários métodos de mostrar esquematicamente os enrolamentos porém, todos eles visam por meio de traços simples, indicar a posição relativa das bobinas que formam a estrutura do motor. Representação Simbólica Circular É aquela que representa de modo simplificado as ranhuras e os grupos de bobinas com as respectivas interligações, como se estivéssemos olhando o motor pela frente na direção longitudinal do estator. Este tipo de representação é muito comum em livros técnicos relativos ao assunto. Na medida que os circuitos internos dos motores ficam mais complexos, este estilo de representação não é mais usado, pois na prática fica difícil a realização do desenho, apesar de ser mais fácil sua compreensão. 3

5 Forma Circular Simplificada (Polar) Esta forma permite observar a disposição dos grupos de bobinas no estator, bem como suas interligações. A figura abaixo dá uma idéia da forma; no caso é relativo a um motor monofásico de 2 pólos. 4

6 Representação Simbólica Planificada É aquela que representa os grupos de bobinas interligadas no estator, como se estivéssemos cortado e esticado o estator sobre um plano, ou seja, seccionamos o estator no sentido longitudinal e o planificamos como mostra a seqüência na figura a seguir. Utilizaremos a última figura da seqüência, onde cada retângulo representa um dente do estator, pela vista superior. Este tipo de representação embora quebre a continuidade é o mais utilizado na prática, por ser mais fácil a sua confecção principalmente para enrolamentos mais complexos, possibilitando uma apreciável facilidade de interpretação. 5

7 Características do Enrolamento Para a confecção, colocação e ligação das bobinas que formam o enrolamento devemos conhecer de antemão suas principais características: a) NÚMERO DE BOBINAS O número de bobinas do enrolamento é determinado em função do número de dentes do estator, número de pólos e do tipo de enrolamento. 6

8 a) PASSO POLAR Determinado pela distância em dentes entre o início de duas bobinas interligadas da mesma fase. O passo polar define a região onde será concentrado um pólo magnético formado por esta bobina. b) PASSO DE BOBINA É a distância em dentes compreendida entre os dois lados da mesma bobina. Quando o passo de bobina for igual ao passo polar, este é denominado de passo de bobina inteiro; caso seja menor que o passo polar é denominado de passo de bobina fracionário. No projeto dos motores elétricos o passo ideal é determinado através de ensaios em laboratórios até se obter o melhor rendimento da máquina, não desprezando o custo de produção. 7

9 Para calcular usamos as seguintes expressões: Enrolamento meio imbricado Yb = Yp (2q 1) Enrolamento imbricado Yb = Yp (q 1) Os enrolamentos meio imbricado são geralmente projetados com bobinas de passo fracionário (5/6 do passo polar) pois este tamanho além de economizar material (cobre) reduz as harmônicas das f.e.m. induzidas nos enrolamentos, resultando em menores perdas por correntes parasitas e histerese. c) NÚMERO DE PÓLOS O número de pólos de um motor CA afeta diretamente sua velocidade, ou seja, de desejamos um motor com elevada rotação este deverá apresentar o mínimo de pólos magnéticos. A maneira pela qual os grupos de bobinas são interligados também influi na formação dos pólos. A equação a seguir nos fornece a relação entre as grandezas (freqüência da rede de alimentação, número de pólos e velocidade do motor): 120. f p = n onde: P = número de pólos f = freqüência das correntes que alimentam o enrolamento (Hz) n = velocidade síncrona (rpm) 8

10 Denominamos pólos ativos quando o número de grupos de bobinas por fase são interligados de tal forma que criem o mesmo número de pólos. Isto é possível fazendo com que a corrente que circula em um grupo num determinado sentido apresente sentido inverso ao circular pelo grupo adjacente, até sair do enrolamento, originando em cada grupo de bobinas uma polaridade única. Neste tipo de ligação os grupos estão distanciados de um passo polar ou 180 o elétricos. Denominamos pólos conseqüentes quando cada grupo de bobinas por fase propicia a formação de dois pólos magnéticos. Isto é conseguido interligando os grupos de bobinas de tal forma que a corrente circule no mesmo sentido por todos eles até sair do enrolamento. Neste tipo de ligação os grupos de bobinas estão distanciados um do outro de duas vezes o passo polar, ou seja 360 o elétricos. 9

11 d) NÚMERO DE BOBINAS POR PÓLO E FASE É o número de bobinas que participa da formação de cada pólo, conforme o tipo de enrolamento. Para o enrolamento meio imbricado: Yp q = 2. número _ de _ fases Para o enrolamento imbricado: q = Yp número _ de _ fases Se a interligação dos grupos de bobinas resultar em pólos conseqüentes, o número de bobinas por pólo/fase dobra de valor (observe se todos os grupos possuem o mesmo número de bobinas). e) PASSO DE FASE Para o funcionamento perfeito do campo girante deve haver uma simetria da defasagem elétrica das fases (120 o elétricos), com a defasagem mecânica dos 3 enrolamentos, ou seja, o início de cada enrolamento deve apresentar uma defasagem de 120 o geométricos. Isto é conseguido dividindo o total de dentes do estator por 3. Yf = Número de dentes N o de fases f) LIGAÇÕES Os motores monofásicos podem apresentar desde 2 até 8 terminais de ligação, de acordo com as tensões de trabalho e a possibilidade de inversão de rotação. Já os motores trifásicos podem apresentar desde 3 até 12 terminais, conforme as tensões de trabalho definidas pelo fabricante, sempre permitindo a inversão de rotação. A identificação dos terminais no motor trifásico pode ser feita através de números ou letras com a seguinte equivalência: 1=U 2=V 3=W 4=X 5=Y 6=Z 10

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