MOTORES ELÉTRICOS Princípios e fundamentos

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1 MOTORES ELÉTRICOS Princípios e fundamentos 1

2 Classificação 2

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4 Estator O estator do motor e também constituido por um núcleo ferromagnético laminado, nas cavas do qual são colocados os enrolamentos alimentados pela rede de CA. 4

5 Classificação dos motores de indução de acordo com seu rotor Rotor Gaiola de Esquilo Rotor Bobinado Rotor gaiola de esquilo O rotor em gaiola de esquilo e constituido por um núcleo de chapas ferromagnéticas, isoladas entre si, sobre o qual são colocadas barras de alumínio (condutores), dispostas paralelamente entre si e unidas nas suas extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que provocam curto-circuito nos condutores. As barras condutoras da gaiola são colocadas geralmente com uma certa inclinação para evitar as trepidações e ruídos pela ação eletromagnética entre os dentes das cavas do estator e do rotor. 5

6 Características Intrínsecas Mais robusto; Em sua forma mais simples apresenta conjugado de partida relativamente fraco e corrente de partida ate 10x da IN; Para melhorar seu desempenho são equipados com rotores gaiola de barras altas, barras de cunha ou barras duplas. 6

7 Motor com rotor bobinado Difere do motor de rotor em gaiola apenas quanto ao rotor, constituido por um núcleo ferromagnético laminado sobre o qual são alojadas as espiras que constituem o enrolamento 3º. A utilização de reostatos podem melhorar o conjugado de partida e diminuir o pico de corrente de partida. O motor de indução com rotor bobinado em geral é utilizado para partir cargas de alta inércia ou que exijam conjugados de partida elevados, ou ainda, quando o sistema de acionamento requer partidas suaves. O rotor é constituído por um núcleo de chapas de aço silício, isoladas entre si, sobre o qual são alojadas as espiras que constituem o enrolamento. Os terminais livres de cada uma das bobinas do enrolamento são ligados a anéis coletores e estes são ligados a um reostato constituído por resistências variáveis cuja função é a de reduzir as correntes de arranque elevadas, no caso de motores de elevada potência, conseguindo uma partida mais suave. 7

8 Rotor em gaiola x Rotor Bobinado 8

9 Constituição do motor de indução Motores de indução monofásicos Inconvenientes Custo mais elevado que um motor 3O de mesma potencia; Alcança apenas 60 a 70% da potencia do motor 3º do mesmo tamanho; Apresenta rendimento e FP menores; Não e possível inverter diretamente o sentido de rotação de motores monofásicos. Motor monofásico com dois terminais Destinado apenas a um valor de tensão; Não e possível à inversão do seu sentido de rotação; 9

10 Exemplo: motores de pequenas bombas d agua, motores de ventilares grandes para o meio rural, etc. Motor monofásico com quatro terminais Dois valores de tensão (110/220V); Não e possível inverter o sentido de rotação desse motor. Esquemas: 220V LIGAÇÃO SÉRIE 110V LIGAÇÃO PARALELO Motor monofásico com seis terminais Permite dois tipos de alimentação diferentes; Pode-se inverter o sentido de giro desse motor. Esquemas: 10

11 Motores de Indução Monofásicos Motor de polos sombreados (Shaded pole); Motor de fase dividida (Split phase); Motor de capacitor de partida (capitor start); Motor de capacitor permanente (permanente split capacitor); Motor com dois capacitores (two value capacitor). Motor Universal Pode operar tanto em CA como CC; Velocidade variável (baixas velocidades para grandes conjugados e altas velocidades para pequenas cargas); O conjugado de partida também e elevado; São usados comumente em pequenos eletrodomésticos como furadeiras e lixadeiras que requerem conjugado elevado e liquidificadores, aspiradores de pó e bombas centrifugas que requerem alta velocidade; Normalmente são fabricados para potencias fracionarias de ate. cv uma vez que para potencias acima de alguns cv funcionam precariamente em CA gerando grande faiscamento nas escovas e η e FP decrescem. 11

12 Identificação das Bobinas de um Motor Monofásico Inicio da bobina Final da bobina Enrolamento principal Enrolamento auxiliar Para determinar os enrolamentos principais e auxiliar: Com ohmímetro mede-se a resistência de cada bobina. A que apresentar maior valor e a auxiliar. Polarização das bobinas principais: Apos inverter uma das bobinas e medir a corrente novamente, deve-se aplicar os números 1, 2, 3 e 4, respectivamente, a ligação das bobinas que apresentar a menor corrente. 12

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14 Motores Síncronos A velocidade do seu rotor e sincronizada com o campo girante que e estabelecido no estator. Sendo: Ns = velocidade síncrona em rpm; f = frequência em Hz; p = numero de polos. Como f e p são constantes, então Ns e constante. Rotação síncrona em função do numero de polos, para a frequência de 60 Hz 14

15 Nestes motores, o estator e alimentado com CA, enquanto o rotor o e com CC proveniente de uma excitatriz (dínamo). Utilização do motor síncrono para correção do FP Devido a possibilidade de variação da excitação do campo, o motor síncrono possui a característica de variação do FP; O FP e diretamente dependente da corrente de excitação. 15

16 Variação do FP em função da variação da corrente de excitação Desvantagens dos motores síncronos em relação aos de indução Precisam de uma fonte de excitação em CC; Manutenção constante; Não parte apenas com CA no estator, pois e necessário que o motor seja levado e uma. velocidade suficiente, próxima da velocidade síncrona para que ele possa entrar em. sincronismo com o campo girante. Vantagens dos motores síncronos em relação aos motores de indução Podem corrigir o FP; Possuem η maiores do que os motores de indução equivalentes, quando trabalham com FP = 1. 16

17 Motores Assíncronos Giram numa rotação menor do que a rotação síncrona; Nestes motores, ocorre um deslizamento ou defasagem em relação à rotação síncrona, pois eles funcionam a uma velocidade menor que a síncrona. Motores Assíncronos Características A velocidade a plena carga pode ser de 5 a 10% menor que o valor da velocidade com o motor sem carga; Os motores em gaiola absorvem, na partida, uma corrente que pode chegar de 5 a 7x a corrente a plena carga, mas desenvolvem um conjugado motor cerca de 1,5x o de plena carga, o que e muito conveniente para a demarragem das maquinas por eles acionadas. 17

18 Velocidade Motor Elétrico Os motores elétricos trifásicos de corrente alternada são os mais utilizados porque na maioria dos casos a distribuição de energia elétrica é feita em corrente alternada e também em função de simplicidade, robustez e baixo custo, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas encontradas, este tipo de motor é largamente encontrado na indústria. Possui velocidade constante podendo variar em função de alguns fatores como cargas aplicadas a seu eixo. Seu princípio de funcionamento é baseado no campo magnético girante, que surge quando um sistema de correntes alternada trifásico é aplicado em polos defasados fisicamente de 120º. Dessa forma, surge através desta defasagem um campo magnético em cada conjunto de bobinas do motor, estes campos magnéticos gerados formam o que chamamos de Campo Magnético Girante. Velocidade motor elétrico trifásico Velocidade Síncrona O Motor de indução funciona normalmente com velocidade constante proporcionada pelo campo magnético girante, logo a velocidade do campo é chamada de velocidade síncrona, e é em função de, basicamente, dois fatores, são eles: 1. Polos Magnéticos gerados em função de sua construção física 2. Frequência da rede elétrica a qual está instalado Portanto, dizemos que: A velocidade do motor elétrico de indução é diretamente proporcional a frequência e inversamente proporcional a quantidade de pólos magnéticos. Sendo assim podemos definir a seguinte equação Veja um exemplo: Um motor elétrico trifásico possui as seguintes especificações: Tensão: 220VCA 3Ø 60Hz Polos Magnéticos: 4 Polos 18

19 Aplicando os valores à formula: Escorregamento Alguns fatores faz com que a velocidade real no eixo do motor deixe de ser exatamente a velocidade do campo magnético girante, por exemplo, esta velocidade varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada a seu eixo, etc. Por natureza, o motor elétrico trifásico possui uma diferença entre a velocidade do campo magnético girante (Ns) e a velocidade real em seu rotor (N) este fato se dá em função de um fenômeno chamado escorregamento e é fornecido pelo fabricante do motor podendo variar de motor para motor. Na maioria das vezes este fenômeno é descrito pelo fabricante em porcentagem (%). Temos a seguinte fórmula para representar o escorregamento do motor elétrico trifásico: Vejamos a seguir um exemplo de cálculo de escorregamento: 1. Motor elétrico trifásico 220VCA 2. Velocidade síncrona: 1800 RPM (4 polos 60Hz) 3. Velocidade medida no rotor: 1760 RPM 19

20 Calcular o escorregamento em porcentagem e RPM Sendo assim a velocidade real no eixo do motor elétrico será a diferença entre a velocidade síncrona e o escorregamento. Esta recebe o nome de Velocidade Nominal A fórmula fica assim: 20

21 Fonte: Manual de Motores Elétricos WEG ( Sala da Elétrica ( Nishi Eletromecânica ( Instalações Elétricas Creder, Hélio 8º edição; ABNT NBR 7094, Motores de Indução; 21