Eletromecânicos de Manutenção Industrial

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1 Eletromecânicos de Manutenção Industrial 2013/

2 Motor de indução trifásico Máquina capaz de transformar energia elétrica em energia mecânica 2

3 Motor elétrico Noções fundamentais Máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica Motores de corrente contínua Motores de corrente alternada 3

4 Motor elétrico Noções fundamentais Motores de corrente alternada Motor síncrono: funciona com velocidade fixa utilizado somente para grandes potências necessita de velocidade invariável 4

5 Motor elétrico Noções fundamentais Motores de corrente alternada Motor de indução: funciona com uma velocidade constante varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo motor mais utilizado, pela sua grande simplicidade, robustez e baixo custo 5

6 Motor elétrico Noções fundamentais Motores AC Monofásicos Polifásicos Indução Síncronos Indução Síncronos Gaiola Bobinado Gaiola Bobinado 6

7 Motor elétrico Noções fundamentais Ligação em triângulo 7

8 Motor elétrico Noções fundamentais Ligação em estrela 8

9 Motor elétrico Noções fundamentais Carcaça (1) Núcleo de chapas (2) Núcleo de chapas (3) Tampa (4) Ventilador (5) Tampa defletora (6) Eixo (7) Enrolamento trifásico (8) Caixa de ligação (9) Terminais (10) Rolamentos (11) Barras e anéis de curto-circuito (12) 9

10 Motor de indução Motores de indução ou motores assíncronos, juntamente com os síncronos, são os principais motores de CA 10

11 Motor de indução Máquina síncrona o Quando a velocidade do rotor é igual à do campo girante criado pelo estator Máquina assíncrona o Quando roda a uma velocidade diferente da velocidade de sincronismo 11

12 Motor de indução trifásico Nos motores assíncronos só o estator é alimentado O rotor recebe energia por indução 12

13 Motor de indução trifásico As principais características são: o Robustez o Construção simples o Rensimento elevado o Baixo custo de aquisição e manutenção o Possibilidade de controle de velocidade o Bom binário de arranque o Motor mais utilizado 13

14 Motor de indução trifásico Motore de indução o Trifásicos: mais utilizados na indústria o Monofásicos: mais utilizados a nível doméstico 14

15 Motor de indução trifásico Utilizado em vários tipos de cargas: o Bombas e compressores o Ventiladores o Moinhos o Esteiras, correias transportadoras e elevadores o Moedores e trituradores o Serras, tornos e lixadeiras 15

16 Constituição Estator Rotor Carcaça 16

17 Constituição Estator o Parte fixa da máquina o Constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si. o As chapas possuem ranhuras nas quais são colocados os enrolamentos 17

18 Constituição Estator o Constituído por três enrolamentos dispostos a 120 o Cada fase cria um campo magnético, sendo a resultante dos três campos, criando um campo magnérico girante no estador (íman) o Se em cada fase existirem duas bobinas ligadas em série, o motor tem dois pólos magnéticos o Motores industriais têm 2, 4 ou mais pólos 18

19 Estator 19

20 Constituição Rotor o Parte móvel da máquinas o Constituído por: Pilhas de chapas isoladas das outras Ranhuras Apoiado no veio de rotação 20

21 Constituição Entre o estator e o rotor existe uma ligeira abertura de ar, designado de entreferro: o Este deve ser o mais pequeno possível o Permite aumentar a indução (fluxo magnético) 21

22 Constituição Carcaça o É de ferro fundido, aço ou alumínio o Aloja o estator e o rotor o Protege todos os componentes do ambiente 22

23 Constituição Carcaça o Rolamentos: Permite que o rotor gire o Ventoinha: Força a refrigeração do motor o Veio: Transmite a carga à energia produzida 23

24 Tipos de motores de indução trifásicos Dependendo dos elementos condutores colocados nas ranhuras do rotor o Motores de rotor em curto-circuito ou em gaiola o Motores de rotor bobinado 24

25 Tipos de motores de indução trifásicos Motores de rotor em gaiola o Não necessita de soletores nem de escovas o Não possui contactos elétricos sujeitos a desgaste o Motor robusto o Baixa manutenção 25

26 Rotor de gaiola de esquilo 26

27 Rotor de gaiola de esquilo 27

28 Tipos de motores de indução trifásicos Motores de rotor bobinado o De potência elevada o Arranques de carga com elevado binário o Arranques suaves e progressivos, com resistências (rotóricas) o Mais caro e mais eficiente o Utiliza-se quando o motor de gaiola não consegue fornecer o binário de arranque desejado 28

29 Rotor bobinado 29

30 Rotor bobinado 30

31 Princípio de funcionamento O estator é formado por três enrolamentos colocados de forma a existirem entre eles um ângulo de 120 São criados três campos magnéticos alternados sinusoidais (H1, H2, H3), um por enrolamento, desfasados de

32 Princípio de funcionamento A resultante destes três campos é um campo magnético girante no interior do estator Este campo provoca uma variação de fluxo nos condutores do rotor, gerando uma fem (força eletromotriz) 32

33 Princípio de funcionamento Como o campo do estatos é girante, e como pólos de sinal contrário se atraem: o Os pólos do rotor são atraídos pelos pólos do estator o O rotor entra em rotação, acompanhando o campo girante do estator 33

34 Princípio de funcionamento Observação: A velocidade de rotação do motor é sempre menor que a velocidade do campo girante. 34

35 Princípio de funcionamento Princípio de funcionamento Campo magnético girante no estator O campo magnético induz fem no rotor Circulam correntes no rotor que criam um campo magnético Interação entre o campo girante do estator e o campo girante do rotor O rotor roda 35

36 Perdas no motor Perdas elétricas Perdas magnéticas Perdas mecânicas 36

37 Perdas no motor Perdas elétricas o Perdas por efeito de Joule o Podem ser reduzidas aumentando a secção dos condutores 37

38 Perdas no motor Perdas magnéticas o Ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rótor o São devidas ao efeito de histerese e às correntes de Foucault (induzidas) o Variam com a dendidade do fluxo e a frequência 38

39 Perdas no motor Perdas magnéticas o Estas perdas podem ser reduzidas: Aumentando a secção do entreferro no estator e no rotor Utilizando lâminas delgadas Melhoramento do material ferromagnético 39

40 Perdas no motor Perdas mecânicas o Atrito das partes móveis: Rolamentos Ventilação 40

41 Perdas no motor Perdas mecânicas o Podem ser reduzidos: Utilização de elementos de baixo atrito Aperfeiçoamento dos sistemas de ventilação 41

42 Rendimento O rendimento do motor de indução trifásico é normalmente superior a 80%. 42

43 Placa de características 43

44 Caixa de ligações Placa com 6 bornes Permitem ligar entre si os enrolamentos do motor e efetuar a ligação da corrente elétrica Permite ligar em estrela ou em triângulo 44

45 Vantagens do motor de indução Baixo custo de aquisição Baixo custo de manutenção Binário de partida não nulo Robustez Disponível em potência de ¼ HP a mais de HP 1 HP = 745,7 W 45

46 Desvantagens do motor de indução Controlo de velocidade difícil Corrente de partida elevada Fator de potência baixo e sempre indutivo 46

47 Motor de indução trifásico 47

48 Velocidade do motor A velocidade do motor de indução é função é função da frequência da corrente de alimentação e do número de pares de pólos do estator n s = f p x60 n s velocidade do campo girante (rpm) 48

49 Velocidade do motor A velocidade normal (n n ) do motor de indução é ligeiramente inferior à velocidade do campo girante (velocidade de sincronismo), o motor possui escorregamento 49

50 Inversão de marcha Troca de duas fases que alimentam o estator 50

51 Motor assíncrono monofásico 51

52 Introdução O motor de indução monofásico é o motor mais usado em aplicações domésticas o Máquinas de lavar o Frigoríficos o Bombas de água o Ventiladores o Ar condicionado o Sistemas de frio o Ferramentas elétricas, etc. 52

53 Introdução A potência é de 0,37 kw; 0,55 kw; 0,7 kw; 1,1 kw Acima de 1,1 kw: menor binário de arranque mais caros mais ruidosos que os motores trifásicos 53

54 Introdução Tem dois enrolamentos no estator colocados perpendicularmente o O enrolamento principal o E o enrolamento auxiliar ou de arranque Consoante o tipo de arranque tem designações diferentes e características e aplicações diferentes 54

55 Constituição 55

56 Estator 56

57 Rotor 57

58 Constituição 58

59 Princípio de funcionamento O campo magnético criado no estator é um campo pulsante, o rotor não arranca, necessitando de um impulso na rotação pretendida o Manual o Enrolamento auxiliar de arranque constituído por uma bobina e um condensador em série (só durante o arranque da máquina) o Máquina com 4 terminais, 2 do enrolamento principal e 2 do enrolamento auxiliar 59

60 Princípio de funcionamento Após o arranque, o enrolamento auxiliar pode ser desligado, seguindo o rotor o campo girante do enrolamento principal que roda nesses sentido No arranque funciona como se fosse bifásico 60

61 Princípio de funcionamento Para além do enrolamento auxiliar, outros elementos são utilizados para obter um desfasamento entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar 61

62 Princípio de funcionamento Consoante a técnica utilizada, os motores de indução monofásicos podem ser classificados por: o Motor de fase dividida o Motor de condensador de arranque o Motor de condensador permanente o Motor de dois condensadores o Motor de pólos sombreados 62

63 Motor de fase dividida O estator é constituído por dois enrolamentos: o O enrolamento principal que recebe a energia durante o tempo de funcionamento o O enrolamento auxiliar, que se destina a criar o campo girante, na fase de arranque 63

64 Motor de fase dividida Num motor de dois pólos formam um ângulo de 90 Num motor de quatro pólos formam um ângulo de 45 Enrolamento principal Enrolamento auxiliar 64

65 Motor de fase dividida Os enrolamento principal possui mais espiras e condutor de maior secção, que o auxiliar Os enrolamento estão ligados em paralelo com a rede, conseguindo-se que o enrolamento auxiliar esteja em avanço (30º), em relação ao enrolamento principal Este pequeno desfasamento é suficiente para colocar o motor em funcionamento 65

66 Motor de fase dividida Quando o motor atinge 70% a 80% da velocidade de sincronismo, o enrolamento auxiliar pode ou não ser desligado (dimensionado para o arranque) O enrolamento auxiliar é retirado por um interruptor centrifugo, ou eletricamente (relé) 66

67 Motor de fase dividida Baixo binário de arranque Elevada corrente de arranque Utilização: Ventiladores Exaustores Esmeriladoras, etc. 67

68 Motor de condensador de arranque Quando é necessário um maior binário de arranque, há que aumentar o ângulo de desfasagem O aumento do ângulo de desfasagem é conseguido com um condendor em série com o enrolamento auxiliar Enrolamento principal Enrolamento auxiliar 68

69 Motor de condensador de arranque Chama-se motor de condensador de arranque se o condensador for desligado após o arranque Enrolamento auxiliar formado por condutor com menor diâmetro e maior número de espiras que o principal 69

70 Motor de condensador de arranque O motor arranca como sendo bifásico, e quando atinge 70% a 80% da velocidade de sincronismo, um dispositivo desliga o enrolamento auxiliar e o condensador, e passa a funcionar como monofásico 70

71 Motor de condensador de arranque Com o condensador bem dimensionado, o seu binário aproxima-se do binário trifásico Podendo o binário no arranque mais que duplicar em relação ao valor nominal 71

72 Motor de condensador de arranque Elevado binário de arranque Corrente de arranque relativamente baixa Utilização: Compressores Bombas de água Máquinas industriais em geral 72

73 Motor de condensador permanente O enrolamento auxiliar e o condensador ficam permanentemente ligados Enrolamento principal Enrolamento auxiliar 73

74 Motor de condensador permanente O condensador destina-se a criar um campo girante, na fase de arranque, que permita a rotação do motor O condensador permanente tem valor inferior ao condensador de arranque Os dois enrolamentos são praticamente iguais, sendo o condensador responsável pelo desfasamento entre as correntes 74

75 Motor de condensador permanente Manutenção muito baixa, não necessita de dispositivo para desligar o enrolamento auxiliar 75

76 Motor de condensador de arranque Binário de arranque não é elevado Razoável binário nominal Fator de potência melhorado Menor vibração Utilização: Ventiladores Exaustores Eletrobombas, etc 76

77 Motor de dois condensadores Possui dois condensadores: o Condensador de arranque o Condensador permanente 77

78 Motor de dois condensadores Como um só condensador não cria as condições ideais no arranque e no funcionamento normal: 2 condensadores o Um condensadror de maior capacidade, utilizado no arranque o Outro de menor capacidade para utilização em funcionamento normal 78

79 Motor de dois condensadores No arranque, como estão ligados em paralelo, a capacidade total é a soma dos dois Após o arranque o O condensador de arranque é desligado o O condensador permanente fica em série com o enrolamento auxiliar 79

80 Motor de dois condensadores Bom binário de arranque Bom binário nominal Custo elevado Utilização: Compressores Transportadoras Eletrobombas, etc 80

81 Motor de dois condensadores 81

82 Motor de pólos sombreados O motor de pólos sombreados possui: o Um estator com um enrolamento o Um rotor em gaiola 82

83 Motor de pólos sombreados Não tem condensador de arranque nem disposito de abertura do enrolamento auxiliar É um motor de baixo custo, com uma construção elétrica e mecânica muito simples 83

84 Motor de pólos sombreados Na sua constituição possui uma ou duas espiras de cobre em curto-circuito (espiras sombra) implantadas numa pequena área de cada pólo do estator, e diametralmente opostas 84

85 Motor de pólos sombreados O motor é alimentado com corrente alternada sinusoidal, mudando o fluxo de sentido, em cada uma das alternâncias Com este processo, em cada pólo do estator, criam-se fluxos ligeiramente desfasados entre si, resultando um campo magnético que se desloca ao longo das feces dos pólos do estator Cria-se um pequeno campo girante mas suficiente para movimentar motores de fraco binário 85

86 Motor de pólos sombreados Apresenta um único sentido de rotação Baixo binário de arranque Baixo rendimento Baixo fator de potência Elevado escorregamento 86

87 Motor de pólos sombreados São aplicados em: o Pequenas bombas de água o Desumidificadores o Unidades de refrigeração o Secadores de roupa o Secadores de cabelo, etc. 87

88 Motores de indução monofásicos Nota: o A regulação da velocidade nos motores de indução monofásicos, só é possível por variação da frequência da corrente de alimentação ou por alteração do número de pares de pólos do estator 88

89 Condensadores para motores Condensadores de arranque o Tecnologia eletrolítica o Não são polarizados o Apresentam a forma cilindrica o Alumínio São dimensionados para funcionarem somente no momento de arranque Nos motores de 1,1 kw o condensador de arranque tem entre 50 F a 100 F, para uma tensão de trabalho de 450 V 89

90 Condensadores para motores Condensadores permanentes o Secos auto-regenerantes em tecnologia de filme polipropileno metalizado São para uso contínuo e para tensões de trabalho de 450 V Nos motores de 1,1 kw o condensador permanente tem entre 30 F a 40 F, para uma tensão de trabalho de 450 V 90

91 Condensadores para motores Atenção! Apesar de os condensadores possuirem internamente uma resistência de descarga, antes de qualquer intervenção no motor ou no automatismo, deve-se assegurar que os condensadores se encontram descarregados 91

92 Dispositivo de ligação do enrolamento auxiliar Dispositivos que ligam o enrolamento auxiliar durante a fase de arranque do motor: o Mecânicos o Eletromecânicos o Eletrónicos 92

93 Dispositivo de ligação do enrolamento auxiliar Interruptor centrífugo Relé de intensidade Relé eletrónico Termístor PTC 93

94 Interruptor centrífugo Dispositivo mecânico acopolado ao veio do motor Quando o motor atinge uma determinada velocidade, um contacto elétrico, atuado mecanicamente pela força centrífuga, abre o circuito do enrolamento auxiliar Usado em motores industriais 94

95 Relé de intensidade Relé cuja bobina é ligada em série com o enrolamento principal do motor, e o contacto do relé ligado ao circuito do enrolamento auxiliar A elevada corrente do arraque faz com que o relé atraque, fechando o contacto e alimentando o enrolamento auxiliar Ao baixar a corrente o relé desatraca, e retira o contacto auxiliar 95

96 Relé de intensidade É utilizado nos motores dos compressores dos frigoríficos 96

97 Relé eletrónico O dispositivo eletrónico é um triac, que retira o enrolamento auxiliar No primeiro momento o triac torna-se condutor, e permanece nesse estado por breves segundos Há modelos em que o tempo pode ser regulado 97

98 Termístor PTC Resistência com coeficiente de temperatura positivo, em série com o enrolamento auxiliar A elevada corrente de arranque, aquecea, fazendo com que a sua resistência passe de um valor óhmico baixo para um valor óhmico bastante elevado, num curto espaço de tempo, desligando o enrolamento auxiliar 98

99 Termístor PTC Após o arranque, a corrente no PTC baixa, no entanto é suficiente para manter a resistência elevada A corrente que passa no enrolamento auxiliar é baixa 99

100 Caixa de ligações Placa com 6 bornes Permitem ligar os enrolamentos entre si e fazer a sua ligação à rede O enrolamento principal é identificado pelas letras U1 e U2 O enrolamento auxiliar é identificado pelas letras Z1 e Z2 100

101 Caixa de ligações Alguns fabricantes utilizam as placas de bornes dos trifásicos e as letras destes Permite a de foma simples o motor a funcionar num ou noutro sentido de rotação Os esquemas de ligações encontram-se, normalmente, desenhado na parte interior da tampa da caixa de ligações 101

102 Caixa de ligações Para além dos bornes dos enrolamentos, possui também um borne para a ligação à terra Esta ligação é obrigatória, e deve-se fazer de acordo com a legislação do país 102

103 Caixa de ligações Os condutores dos cabos que ligam à placa de bornes devem possuir secção adequada à corrente de alimentação do motor Equipados com terminais adaptados à secção dos condutores e aos parafusos da placa 103

104 Atenção A inversão do sentido de rotação dos motores monofásicos, em geral, faz-se trocando a alimentação do enrolamento auxiliar Esta operação só deve ser efectuada após paragem do motor 104

105 Atenção Na rede de distribuição de BT, o valor máximo permitido de corrente de arranque de motores monofásicos em locais habitacionais é de 45 A. Para outros locais o 100 A, para entrada aérea o 200 A, para entrada subterrânea 105

106 Atenção Esta limitação, destina-s a atenuar perturbações na rede, que podiam ser fonte de problemas para o funcionamento de outros equipamentos a ela ligadas 106

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