Aplicações de Motores Elétricos

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1 Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Centro de Ciências Tecnológicas - CTC Departamento de Engenharia Mecânica EMC Disciplina Elétrotécnica Aplicações de Motores Elétricos Alunos: Antônio Carlos Guimarães Neto André Silveira Pamplona Fernando Moreira Arruda Gustavo Nakagawa Livia Domingos Maurício Tostes Florianópolis, Fevereiro de 2007

2 1 Introdução Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. A tarefa reversa, aquela de converter o movimento mecânico na energia elétrica, é realizada por um gerador ou por um dínamo. Em muitos casos os dois dispositivos diferem somente em sua aplicação e detalhes menores de construção. Os motores de tração usados em locomotivas executam frequentemente ambas as tarefas se a locomotiva for equipada com os freios dinâmicos.normalmente também esta aplicação se dá a caminhões fora de estrada. Chamados eletrodíesel. 2 Operação A maioria de motores elétricos trabalham pelo eletromagnetismo, mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como forças eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo a eletricidade contida dentro de um campo magnético. A força é descrita pela lei da força de Lorentz e é perpendicular o fio e o campo magnético. Em um motor giratório, há um elemento girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor. A maioria de motores magnéticos são giratórios, mas os tipos lineares existem também. Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada o rotor, e a parte estacionária é chamada o estator. O motor contem os eletroímãs que são feridos em um frame. 2

3 3 Tipos de Motores 3

4 3.1 - Motores elétricos de corrente contínua (CC) São motores que precisam de uma fonte de corrente contínua, como uma pilha ou bateria, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua Classificação dos motores de corrente contínua - Motor série - Motor shunt - Motor composto adcional - Motor composto diferencial - Motor CC sem escovas Vantagens dos Motores CC - Operação em 4 quadrantes com custos relativamente mais baixos - Ciclo contínuo mesmo em baixas rotações - Alto torque na partida e em baixas rotações - Ampla variação de velocidade - Facilidade de controlar a velocidade - Os conversores CA/CC requerem menos espaço - Confiabilidade - Flexibilidade (vários tipos de excitação) - Relativa simplicidade dos modernos conversores CA/CC Desvantagens - Os motores CC são maiores e mais caros que os motores de indução para uma mesma potência - Maior necessidade de manutenção (devido aos comutadores) - Arcos e faíscas devido a comutação de corrente por elemento mecânico (não pode se aplicado em ambientes perigosos) - Tensão entre lâminas não pode exceder 20V (motores CA podem ser alimentados com milhares de volts) - Necessidade de medidas especiais de partida, mesmo em máquinas pequenas. 4

5 Aplicações Motores CC estão sendo substituídos por motores CA acionados por inversores de freqüência. Porém em alguns setores sua utilização ainda é vantajosa: - Máquinas de Papel - Bobinadoras e desbobinadoras - Laminadores - Máquinas de Impressão - Extrusoras - Prensas - Elevadores - Movimentação e elevação de cargas - Moinhos de rolos - Indústria de borracha - Mesa de testes de motores - Movimentação dos HDs, CDs e DVDs. - Veículos Elétricos Exemplos de Motores CC Carros Elétricos HDs Extrusoras Elevadores 5

6 3.2 - Motores elétricos de corrente alternada (CA) É um equipamento rotativo que funciona a partir de energia elétrica, diferente de outros motores elétricos, o motor ca não precisa, necessariamente, qualquer entreposto dele à alimentação e serve, basicamente, para "girar" um segundo acoplado, ou movido. Estes motores podem ser divididos, num primeiro momento, em síncronos e assíncronos, sendo que, este último, sofre escorregamento conforme a intensidade de carga (i.e., oscila a rotação), contudo, são a esmagadora maioria nas indústrias. Uma outra grande divisão dentre os motores CA (de corrente alternada), são em trifásicos e monofásicos. A diferença entre estes dois tipos de alimentação alteram profundamente a versatilidade e performance do motor, sendo, os monofásicos, muito mais limitados e necessitados de capacitores de partida, senão, não conseguem vencer a inércia. Os motores de corrente alternada têm outras muitas divisões todas elas mundialmente normalizadas, dentre as mais comuns temos: motor de dupla polaridade, o qual pode rodar em duas velocidades diferentes em detrimento da potência, motor de eixo-duplo, com uma saída para cada lado Motores universais Os motores do tipo universal podem funcionar tanto com corrente contínua quanto com corrente alternada. É possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor. Esse tipo de motor é o motor mais empregado e está presente em máquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também em máquinas portáteis, como furadeira, lixadeira e serras. 6

7 Motores Monofasicos Tipo de motor possue apenas um conjunto de bobinas e sua alimentação é feita por uma única fase de Corrente Alternada. Dessa, forma eles absorvem energia elétrica de uma rede monofásica e transformam-na em energia mecânica. Os motores monofásicos são empregados para cargas que necessitam de motores de pequena potência como, por exemplo, motores para ventiladores, geladeiras, furadeiras portáteis Motor Polifásico O motor de indução polifásico é o tipo mais utilizado, tanto na industria como no ambiente doméstico, devido à maioria dos sistemas actuais de distribuição de energia eléctrica serem trifásicos de corrente alternada. O nosso estudo recaiu essencialmente nos motores de indução trifásicos, já que na prática constituem o grande leque dos motores de indução polifásicos e também porque o numero de fases varia o seu comportamento de uma forma já relatada, nomeadamente com a variação do numero de pares de pólos que provoca alterações conhecidas. A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2 KW, Para potências inferiores justifica-se o monofásico. O motor de indução trifásico apresenta vantagens relativamente ao monofásico, nomeadamente um arranque mais fácil, o ruído é menor e são mais baratos para potências superiores a 2Kw Motor de Indução ou Assíncrono Os motores monofásicos de indução possuem um único rolamento no estator. É um motor robusto, Fornecem bom torque, começam facilmente a girar, são simples e de baixo custo. Os motores de indução são provavelmente o tipo o mais comum de motor de C. A., comparecendo em muitos eletrodomésticos (ventiladores, motores de tocadiscos etc.) e aplicações industriais. Utilizado em maquinas de baixa e alta carga: bombas, máquinas operatrizes, elevadores, etc. 7

8 Motores Síncronos O motor síncrono é bastante semelhante ao motor de indução no seu aspecto geral, embora usualmente os motores síncronos possuem potência elevada e/ou rotação muito baixa quando comparado com o motor de indução normal. Tipicamente, o motor síncrono tem um comprimento de núcleo pequeno e um diâmetro grande quando comparado com o motor de indução Vantagens - Baixo custo inicial. - Obter altos rendimentos. - Obter correção de fator de potência. - Obter características de partida especiais. - Obter características especiais do motor síncrono. Aplicação dos Motores Síncronos: os motores síncronos são utilizados em praticamente toda a indústria. 8

9 3.3.6 Exemplos de Motores Síncronos Bombas Compressores Vetiladores Guindastes Prensas Moedores 9

10 Motor de Passo Aplicações - Mesas XY - Periféricos de computadores - Célula de manufatura integrada - Sistemas robóticos Vantagens - Tamanho e custos reduzidos - Total adaptação à lógica digital (controle preciso da velocidade, direção e distância) - Características de bloqueio - Pouco desgaste - Dispensa realimentação Desvantagem - Má relação potência-volume Aplicação em mesa xy Motor de Passo 10

11 Servo Motor Aplicações: Apropriado para aplicações nas quais o espaço é fundamental, tais como: - Máquinas CNC - Carrinho de controle remoto - Robótica - Sistemas fly-by-wire - Máquinas-ferramenta compactas - Robôs e sistemas de reposição - Trabalhos em madeira - Trabalhos em vidro - Trabalhos em cerâmica - Trabalhos em pedras - Máquinas de embalagens Servo Motor DC Vantagens - Baixo Custo - Suavidade em baixas rotações - Sem consumo em paradas - Altos torques de pico - Planicidade da curva torquevelocidade - Operação em altas velocidades Desvantagens - Manutenção das escovas - Risco de explosão - Comutações limitadas 11

12 Servo Motor sem escovas Vantagens - Isentos de manutenção - Boa dissipação térmica - Altíssimas velocidades - Insensíveis ao ambiente Desvantagem - Elevado custo 12

13 Servo Motor para Robótica Tornos CNC Carrinhos de controle remoto 13

14 Bibliografia