Acionamentos 1 Elétricos. (Conceitos) Acionamentos Elétricos. Acionamentos Elétricos Motores Elétricos. Prof. Marco Túlio F.

Transcrição

1 Motores Elétricos (Conceitos) Acionamentos 1 Elétricos

2 Motores elétricos Definição Máquina Elétrica capaz de transformar energia elétrica em energia mecânica.

3 Classificação GAIOLA DE ESQUILO SPLIT - PHASE CAP. PARTIDA ASSÍNCRONO CAP. PERMANENTE MOTOR C.A. MONOFÁSICO UNIVERSAL SÍNCRONO ROTOR BOBINADO CAP. 2 VALORES PÓLOS SOMBREADOS REPULSÃO ASSÍNCRONO RELUTÂNCIA TRIFÁSICO HISTERESE SÍNCRONO DE GAIOLA MOTOR C.C. EXCITAÇÃO SÉRIE EXCITAÇÃO INDEPENDENTE EXCITAÇÃO COMPOUND IMÃ PERMANENTE DE ANÉIS IMÃ PERMANENTE PÓLOS SALIENTES PÓLOS LISOS

4 Motores CA - Funcionamento Geração de corrente elétrica (Indução): Movimento relativo Campo magnético Condutor elétrico Leis de Faraday e de Lenz

5 Motores CA - Funcionamento Geração de movimento através da indução: Corrente elétrica Campo magnético Condutor elétrico Leis de Faraday e de Lenz

6 Motores CA - Construção Estator Rotor (Induzido)

7 Motores CA - Construção Curso Técnico em Eletrônica

8 Motores CA - Construção Motor Trifásico de Indução

9 Motores CA - Funcionamento

10 Motores monofásicos O desequilíbrio de forças entre o rotor e o estator é executado através de alguns artifícios.

11 Motor monofásico de campo distorcido Possui uma saliência no rotor que distorce o seu campo magnético provocando o desequilíbrio de forças.

12 Motor monofásico de campo distorcido No estator existe uma espira instalada transversalmente ao sentido das outras espiras, que provoca o defasamento do campo magnético do estator. Aplicado em situações que requerem baixa potência. Potência máxima: 300W ou 1/2CV Rotação: 900 a 3400rpm

13 Motor monofásico de fase auxiliar Dentre os motores monofásicos é o mais utilizado. Sua construção mecânica é muito parecida com a dos motores de indução trifásicos. Aplicado em situações que requerem de baixa a média potência. Potência: 1/6 a 10CV Rotação: 1425 a 3515rpm

14 Curso Técnico em Eletrônica

15 Motor monofásico de fase auxiliar O início da rotação do motor (desequilíbrio de forças) é provocado devido a associação da bobina auxiliar e do capacitor. Essa associação gera uma impedância defasada da impedância da bobina de trabalho.

16 Motor monofásico de fase auxiliar O defasamento entre as impedâncias provoca o surgimento de um campo magnético girante no estator. O campo magnético girante do estator induz outro campo no rotor e o atrai. Após ao início de pleno funcionamento do motor o interruptor centrífugo desliga a bobina auxiliar. Interruptor centrífugo

17 Motor monofásico de fase auxiliar Dados nominais Placa de identificação

18 Motor Universal Podem funcionar tanto em corrente contínua (CC) como em corrente alternada (AC).

19 Motor Universal O motor universal e o único motor monofásico cujas bobinas do estator são ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses dois contatos, por sua vez, ligam em serie o estator e o rotor.

20 Motores Síncronos e Assíncronos Motor síncrono: O rotor gira na mesma velocidade do campo magnético do estator. Motor assíncrono: O rotor gira em uma velocidade um pouco menor que a velocidade do campo magnético do estator. Velocidade do campo girante N=120xf P

21 Motor de indução trifásico De construção simples, são amplamente empregados na indústria.

22 Motor de indução trifásico O estator é constituído por três grupos de bobinas dispostos em ângulos de 120º. O rotor é construído com hastes, formando uma gaiola. Rotor Gaiola de Esquilo

23 Motor de indução trifásico Quando uma corrente elétrica alternada trifásica é aplicada aos enrolamentos do estator, produz-se um campo magnético girante.

24 Motor de indução trifásico A defasagem entre as fases do sistema trifásico provoca o campo magnético girante.

25 Motor de indução trifásico Tipos de motores trifásicos Motor de rotor em curto-circuito Motor de rotor bobinado

26 Motor trifásico Dados nominais Tensão de alimentação: 220V 380V 440V Frequência da rede: A frequência interfere diretamente na rotação e no torque do motor. No Brasil os motores elétricos são fabricados para 60Hz.

27 Motor trifásico Dados nominais Potência nominal: É a potência Mecânica disponível no eixo do motor. Pode ser fornecida em CV, KW ou HP. Corrente nominal: É a corrente absorvida da rede pelo motor quando em plena carga. Rotação nominal: É a velocidade do eixo do motor quando em plena carga. É dada em rotações por minuto - RPM Número de polos Rotação rpm rpm rpm rpm rpm

28 Motor trifásico Dados nominais Fator de serviço: É a capacidade do motor em suportar sobrecargas, ou seja, uma reserva de potência do motor. Exemplo: um motor de 10CV com F.S de 1,15 pode suportar até 11,5CV sem queimar-se.

29 Motor trifásico Dados nominais Fator IP/IN: Indica a relação entre a corrente de partida e a corrente nominal do motor. Exemplo: Um motor de 10A com fator IP/IN de 8 atinge uma corrente de 80A na sua partida.

30 Motor trifásico Dados nominais Fator de Potência O fator de potência, indicado por cos, onde é o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, é a relação entre a potência ativa (P) e a potência aparente (S). cosφ = P S cosφ = P e P a P Pe: Potência ativa (efetiva) S Pa: Potência aparente Carga resistiva: cos = 1 Carga indutiva: cos atrasado Carga capacitiva: cos adiantado Potência ativa do motor trifásico P e = E I 3 cosφ 3 = 1,732

31 Motor trifásico Dados nominais Fator de Potência Um motor não consome apenas potência ativa que é depois convertida em trabalho mecânico e calor (perdas), mas também potência reativa, necessária para a produção do campo magnético. O motor elétrico e uma peca fundamental, pois dentro das industrias, representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, e imprescindível a utilização de motores com potência e características bem adequada a sua função, pois o fator de potencia varia com a carga do motor. A correção do fator de potência é realizado com a ligação de uma carga capacitiva.

32 Fator de Potência Motor trifásico Dados nominais Fator de Potência Assim como qualquer carga ligada à rede elétrica, os motores de indução trifásicos possuem um fator de potência característico. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 A tendência do fator de potência é aumentar com a potência nominal do motor elétrico. Potência (CV) Motor de 2 Pólos Fonte: Catálogo WEG Série W22

33 Motor trifásico Dados nominais Fator de Potência À medida que se aplica carga ao rotor do motor, a corrente da armadura cresce e a defasagem entre a tensão e a corrente diminui. Assim, conforme o motor recebe carga, o seu fator de potência aumenta.

34 Motor trifásico Dados nominais Rendimento É a relação entre a potência mecânica fornecida pelo motor e a potência ativa solicitada pelo motor à rede. η = Energia mecânica entregue no eixo Energia elétrica absorvida da rede η = P MEC P ELET Exemplo: Um motor de 10CV com rendimento de 87% absorve uma potência elétrica de: 10CV = 7360W P ELET = 7360W 0,87 P ELET = 8459,7W

35 Motor trifásico Dados nominais Rendimento em função da potência nominal Devido à características relativas à massa de ferro e à espessura do entreferro, embora com baixos carregamentos, o motor trifásico possui uma considerável corrente de armadura. A resistência elétrica dos condutores das bobinas eleva consideravelmente as perdas no cobre do enrolamento da armadura. Com pouca carga no motor, o rotor possui baixo escorregamento o que reduz as corrente induzidas no rotor e as perdas sejam pequenas.

36 Motor trifásico Dados nominais Rendimento em função da potência nominal Se a potência nominal do motor for pequena, comparativamente, tem perdas elevadas, conduzindo a rendimentos relativamente menores. De maneira geral, o rendimento aumenta quando a potência nominal aumenta.

37 Rendimento (%) Motor trifásico Dados nominais Rendimento em função da potência nominal Potência (CV) Motor de 2 Pólos Fonte: INMETRO Portaria Nº 553 Catálogo WEG Série W22

38 Motor trifásico Dados nominais Rendimento em função da potência nominal A massa de ferro do motor, quando sob pequenos escorregamentos, produz pequenas perdas. Quando o motor está em vazio, as perdas presentes são, em maior parte, em função do estator: núcleo de ferro e enrolamento. Curva de rendimento típica da linha W22 IR3 Premium WEG

39 Motor trifásico Conjugado (Torque ou Momento) Consiste na medida do esforço necessário para girar o eixo. Para o exemplo ao lado, a força F que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a manivela, menor será a força necessária. Se o balde pesa 20N e o diâmetro do tambor é de 0,20m, para equilibrar esse peso é necessário aplicar uma força de 10N na manivela, se o seu comprimento E for de 0,20m. C = 20N 0,1m = 2N m F = 2N m 0,2m = 10N

40 Conjugado Motor trifásico Conjugado (Torque ou Momento) É o conjunto de forças radiais presentes no eixo do motor. Cmáx s Cp: Conjugado de rotor bloqueado Cmin: Conjugado mínimo Cmáx: Conjugado máximo Cn: Conjugado nominal Cp Cn Cmín Rotação n n n s

41 Motor trifásico Categoria do Conjugado De acordo com a carga mecânica a ser acionada, há uma curva de conjugado resistente associada. Em cargas de ventilação, por exemplo, o conjugado resistente é proporcional ao quadrado da velocidade. Em guindastes, talhas e pontes rolantes, o conjugado resistente é praticamente constante, ocorrendo uma aumento de torque na região próxima ao repouso.

42 Motor trifásico Categoria do Conjugado

43 Motor trifásico Categoria do Conjugado De acordo com a figura, o ponto de operação do motor ocorre onde a curva de conjugado do motor encontra a curva do conjugado resistente da carga. O conjugado acelerante é o responsável pela aceleração do motor na fase de partida e é igual à diferença entre o conjugado do motor e o conjugado resistente.

44 Motor trifásico Categoria do Conjugado Conforme as suas características de conjugado em relação a velocidade e Corrente de partida, os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga. Estas categorias são definidas em norma (ABNT NBR e IEC )

45 Motor trifásico Categoria do Conjugado Categoria N: Conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, maquinas operatrizes, ventiladores. Categoria H: Conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc.

46 Motor trifásico Categoria do Conjugado Categoria D: Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; alto escorregamento (+ de 5%). Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos. Usados também em elevadores e cargas que necessitam de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada. Categoria NY: Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria N, porém, previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores categoria N.

47 Motor trifásico Categoria do Conjugado Categoria HY: Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria H, porém, previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores de categoria H.

48 Motor trifásico Categoria do Conjugado Os valores mínimos de conjugado exigidos para motores das categorias N e H, são especificados nas normas ABNT NBR e IEC Para motores da categoria D, de 4, 6 e 8 polos e potência nominal igual ou inferior a 150 cv, tem-se, segundo ABNT NBR e IEC , que: a razão do conjugado com rotor bloqueado (Cp) para conjugado nominal (Cn) não deve ser inferior a 2,75. A norma não especifica os valores de Cmín e Cmáx.

49 Motor trifásico Aquecimento do enrolamento O calor gerado pelas perdas no interior de um motor fechado é dissipado para o ar ambiente através da superfície externa da carcaça. Em motores fechados essa dissipação é normalmente auxiliada pelo ventilador montado no próprio eixo do motor. Uma boa dissipação depende: da eficiência do sistema de ventilação; da área total de dissipação da carcaça; da diferença de temperatura entre a superfície externa da carcaça e do ar ambiente (text - ta ).

50 Motor trifásico Aquecimento do enrolamento O que realmente queremos limitar é a elevação da temperatura no enrolamento sobre a temperatura do ar ambiente. Esta diferença total (Δt) é comumente chamada elevação de temperatura do motor e, como é indicado na figura.

51 Motor trifásico Classes de isolamento O limite de temperatura depende do tipo de material empregado. Para fins de normalização, os materiais isolantes e os sistemas de isolamento (cada um formado pela combinação de vários materiais) são agrupados em Classes de Isolamento, cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que o material ou o sistema de isolamento pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil.

52 Motor trifásico Classes de isolamento As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os respectivos limites de temperatura conforme ABNT NBR e IEC , são as seguintes: Classe A (105 ºC) Classe E (120 ºC) Classe B (130 ºC) Classe F (155 ºC) Classe H (180 ºC) Pela norma, motores para aplicação normal são instalados em temperaturas ambientes máximas de 40 ºC.

53 Motor trifásico Classes de isolamento Para a proteção dos enrolamentos dos motores utilizam-se sensores térmicos inseridos nas bobinas. Os mais comumente utilizados são termistores, termoresistores, termostatos e protetores térmicos.

54 Motor trifásico Regime de serviço O regime de serviço é definido como a regularidade de carga a que o motor é submetido. O principal fator limitante da potência desenvolvida é a temperatura máxima que o motor atinge. Segundo a IEC , é o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido. Os motores normais são projetados para regime contínuo, (a carga é constante), por tempo indefinido, e igual a potência nominal do motor. A utilização de outro regime de partida em relação ao informado na placa de identificação pode levar o motor ao sobreaquecimento e consequente danos ao mesmo.

55 Motor trifásico Regime de serviço A NBR 7094 (Motores de Indução) padroniza dez diferentes tipos de regime de serviço. Regime de Serviço S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 Regime contínuo Regime de tempo limitado Regime intermitente periódico Característica Regime intermitente periódico com partida Regime intermitente periódico com frenagem elétrica Regime de funcionamento contínuo periódico com carga intermitente Regime de funcionamento contínuo periódico com frenagem elétrica Regime de funcionamento contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação Regime com variações não periódicas de carga e de velocidade Regime com cargas constantes distintas

56 Motor trifásico Regime de serviço S1 Regime contínuo Funcionamento à carga constante de duração suficiente para que se alcance o equilíbrio térmico.

57 Motor trifásico Regime de serviço S2 Regime de tempo limitado Funcionamento à carga constante, durante um certo tempo, inferior ao necessário para atingir o equilíbrio térmico, seguido de um período de repouso de duração suficiente para restabelecer a temperatura do motor próxima à temperatura ambiente.

58 Motor trifásico Regime de serviço S3 Regime intermitente periódico Sequência de ciclos idênticos, cada qual incluindo um período de funcionamento com carga constante e um período desenergizado e em repouso. Neste regime o ciclo é tal que a corrente de partida não afeta de modo significativo a elevação de temperatura.

59 Motor trifásico Regime de serviço S4 Regime intermitente periódico com partidas Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de partida, um período de funcionamento a carga constante e um período de repouso, sendo tais períodos muito curto, para que se atinja o equilíbrio térmico.

60 Motor trifásico Regime de serviço S5 Regime intermitente periódico com frenagem elétrica Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de partida, um período de funcionamento a carga constante, um período de frenagem elétrica e um período desenergizado e em repouso, sendo tais períodos muito curtos para que se atinja o equilíbrio térmico.

61 Motor trifásico Regime de serviço S6 Regime de funcionamento contínuo periódico com carga intermitente Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de funcionamento a carga constante e de um período de funcionamento em vazio,não existindo período de repouso.

62 Motor trifásico Regime de serviço S7 Regime de funcionamento contínuo periódico com frenagem elétrica Sequência de ciclos de regimes idênticos, cada qual consistindo de um período de partida, de um período de funcionamento a carga constante e um período de frenagem elétrica, não existindo o período de repouso.

63 Motor trifásico Regime de serviço S8 Regime de funcionamento contínuo com mudança periódica na relação carga/velocidade de rotação Sequência de ciclos de regimes idênticos, cada ciclo consistindo de um período de partida e um período de funcionamento a carga constante, correspondendo a uma determinada velocidade de rotação, seguidos de um ou mais períodos de funcionamento a outras cargas constantes, correspondentes a diferentes velocidades de rotação. Não existe período de repouso.

64 Motor trifásico Regime de serviço S9 Regime com variações não periódicas de carga e de velocidade Regime no qual geralmente a carga e a velocidade variam não periodicamente, dentro da faixa de funcionamento admissível, incluindo frequentemente sobrecargas aplicadas que podem ser muito superiores à carga de referência.

65 Motor trifásico Regime de serviço S10 Regime com cargas constantes distintas Regime consistindo em um número específico de valores distintos de cargas (ou cargas equivalentes) e, se aplicável, velocidade, sendo cada combinação carga/velocidade mantida por um tempo suficiente para permitir que a máquina alcance o equilíbrio térmico. A carga mínima durante um ciclo de regime pode ter o valor zero (funcionamento em vazio ou repouzo desenergizado).

66 Motor trifásico Grau de proteção IP: Indica o nível de proteção do motor contra a entrada de corpos sólidos e corpos líquidos. Exemplo: IP 54 Grau IP - Tabela 0 Sem proteção 1 Corpos acima de 50mm O primeiro algarismo indica a proteção contra corpos sólidos. 2 Corpos acima de 12mm 4 Corpos acima de 1mm 5 Proteção contra acúmulo de poeira 6 Proteção total contra poeira

67 Motor trifásico Grau IP - Tabela O segundo algarismo indica a proteção contra corpos líquidos. 0 Sem proteção 1 Pingos de água na vertical 2 Pingos de água inclinados até 15º com a vertical 4 Pingos de água inclinados até 60º com a vertical 5 Respingos de todas as direções 6 Jatos de água de todas as direções 7 Água de vagalhões 8 Imersão temporária 9 Imersão permanente

68 Motor trifásico Escorregamento (S) É a diferença entre a rotação do campo girante do estator e a rotação do eixo do motor. S(%)=ns-nr x 100 ns

69 Ligações do motor trifásico O motor trifásico pode ser ligado em estrela ou triângulo Ligação triângulo 220V Ligação estrela 380V

70 Ligações do motor trifásico O motor de 12 pontas pode ser ligado em 220V, 380V ou 440V.

71 Ligações do motor trifásico A ligação para 760V é somente em partida com tensão reduzida. Não é possível ligar o motor em uma rede de 760V.

72 Motor trifásico Formas construtivas

73 Placa de identificação do motor trifásico

74 Fatores de seleção de um motor elétrico Exigências de carga Potência solicitada Rotação Esforços mecânicos Configuração física Ciclos de operação Confiabilidade Controlabilidade Posição Torque Velocidade Corrente de partida Fonte de alimentação: Tipo CA ou CC Tensão Frequência Simetria Equilíbrio Condições ambientais: Umidade Agressividade Altitude Temperatura Consumo e manutenção: Consumo de energia Custo de manutenção