A) MOTORES MONOFÁSICOS Quando os enrolamentos são alimentados por uma tensão monofásica, os motores passam a ser chamados de monofásicos. São normalmente fabricados para baixas potências e utilizados em locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como é o caso de residências e escritórios. Os motores monofásicos aplicam-se, por exemplo, em máquinas de lavar, frigoríficos, ventiladores, sistemas de aquecimento, sistemas de frio, aspiradores, ferramentas elétricas, etc. 1 1. MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO O motor de indução monofásico é a alternativa ao motor de indução trifásico onde não se dispõe de alimentação trifásica. Podem ser ligados diretamente à tensão alternada de 230V da rede de distribuição pública. Para a mesma potência, relativamente ao motor trifásico, o motor de indução monofásico é mais volumoso, têm binário de arranque, binário nominal, rendimento e fator de potência inferiores. Para o arranque, os motores monofásicos, têm de possuir um enrolamento auxiliar, contrariamente aos motores trifásicos que arranca diretamente a partir da rede. O motor monofásico tem também ruído superior ao motor trifásico e um preço mais elevado, para potências superiores a 2kW. 1.1. CONSTITUIÇÃO O motor monofásico tem uma constituição interna semelhante à do trifásico, com a diferença de que o estator, na sua forma mais simples, tem apenas um enrolamento, alimentado por fase e neutro da rede. Quanto ao rotor, é constituído por um núcleo ferromagnético com gaiola de esquilo. O rotor bobinado não é aqui utilizado, visto as potências serem pequenas. 1.2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Por ter somente uma fase de alimentação, este motor, quando se alimenta o estator, a corrente alternada produz um campo magnético que, em vez de ser girante como nos motores trifásicos, é pulsante.
2 Este campo magnético, embora a sua intensidade varie e mude de sentido, está sempre na mesma direcção. Havendo variação do fluxo nas espiras do rotor geram-se forças eletromotrizes induzidas (f.e.m.) nessas espiras. Como as espiras são circuitos fechados (curto-circuitos), as mesmas são percorridas por correntes induzidas. Estas correntes induzidas têm um sentido tal que, pelas suas ações magnéticas, tendem a opor-se à causa que lhes deu origem. Ou seja, no rotor vai ser gerado um campo magnético que tende a opor-se ao campo magnético do estator. Para se opor, os dois campos têm de possuir pólos contrários. Como o campo do estator não roda, o campo do rotor, que se lhe opõe, também não. O rotor vibra mas não roda. Contudo, da teoria dos campos eletromagnéticos, sabe-se que um campo magnético originado por uma corrente alternada sinusoidal é equivalente a dois campos girantes de iguais valores, rodando em sentido contrário e com a mesma velocidade. O binário resultante é igual à soma dos binários de cada um dos campos girantes, figura seguinte. Note-se que, com o motor parado (n=0) o binário resultante (soma dos dois binários) é zero (n=0), logo o binário de arranque é nulo. Contudo, se dermos manualmente um impulso num sentido de rotação, o rotor, se a inércia e o atrito não forem elevados, deve começa a rodar, aumentando a velocidade de forma a acompanhar o campo que roda nesse sentido. O rotor poderá, por isso, rodar num sentido ou no outro, conforme o sentido do impulso inicial. Este impulso, na prática, não é manual, mas sim provocado por elementos eléctricos (reactâncias) que são introduzidos por um enrolamento auxiliar. As reactâncias introduzidas vão provocar um desfasamento entre correntes de dois enrolamentos, criando um segundo campo. Este provoca o aumento de um dos campos girantes, tornando possível o arranque do motor. Dependendo da técnica utilizada para tornar possível o arranque do motor de indução monofásico, os motores, mais comuns, podem ser classificados do seguinte modo: Motor com fase dividida
Motor com condensador de arranque Motor com condensador permanente Motor com dois condensadores Motor com pólos sombreados Não se esgotando o tipo de motores monofásicos, na lista anterior, e como dentro de cada um dos tipos indicados, existem diferenças, dependendo estas das marcas e dos modelos. 1.3. MOTOR COM FASE DIVIDIDA No motor de fase dividida ou repartida, o estator é constituído por dois enrolamentos: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar. Estes enrolamentos formam entre si um ângulo de 90 elétricos. 3 O enrolamento auxiliar possui alta resistência e baixa reactância e o enrolamento principal baixa resistência e alta reactância, o quociente resistência/reactância é mais elevado no enrolamento auxiliar. Consegue-se assim que a corrente no enrolamento auxiliar (Ia) esteja em avanço (cerca de 30 ) em relação à corrente no enrolamento principal (Ip). Estando a corrente no enrolamento auxiliar em avanço, significa que o campo magnético por ela gerado tem o seu valor máximo antes do valor máximo do campo magnético do enrolamento principal. Assim, consegue-se que um dos campos magnéticos girantes se torne maior que o outro, figura seguinte, provocando uma pequena diferença entre eles, mas suficiente para provocar o arranque do motor.
4 Quando o motor atinge entre 70 e 80% da sua velocidade nominal, o enrolamento auxiliar pode ou não ser desliado, dependendo do tipo de motor. Se o enrolamento auxiliar está dimensionado para atuar apenas no arranque, ele terá de ser desligado, caso contrário, como é formado por fio fino, pode queimar. O dispositivo que desliga o enrolamento auxiliar pode ser um interruptor centrífugo, um relé de intensidade, um relé eletrónico ou outro. Nestes motores a inversão do sentido de rotação é realizada por inversão do sentido da corrente no enrolamento principal ou no enrolamento auxiliar, não em ambos O ângulo de desfasamento que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm baixo binário de arranque e elevada corrente de arranque. Devido a estas características, os motores de fase dividida, são utilizados em aplicação que necessitem de baixo binário de arranque, tais como: motores de compressores de frigoríficos, motores de pequenos ventiladores, exaustores, pequenos compressores, etc. 1.4. MOTOR COM CONDENSADOR DE ARRANQUE É um motor semelhante ao da fase dividida. Sendo que a principal diferença reside na inclusão de um condensador, designado de arranque, que fica em série com o enrolamento auxiliar.
O enrolamento auxiliar possui fio de diâmetro ligeiramente menor e com mais espiras que o enrolamento principal. Assim, possui, relativamente ao enrolamento principal, valor óhmico mais elevado. Tal como o motor com fase dividida, este motor possui também um dispositivo que desliga o enrolamento auxiliar e o condensador quando o motor atinge entre 70% a 80% da velocidade nominal, cerca de 2s após o arranque. O condensador permite um maior ângulo de desfasagem, cerca de 90, entre as correntes dos 5 enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando, deste modo, um binário de arranque muito superior ao do motor de fase dividida. Estando o condensador bem dimensionado, este motor tem um binário de arranque que se aproxima do binário do motor trifásico. Com o condensador correto, o binário de arranque mais que duplica em relação ao valor do binário nominal. Após a abertura do circuito do condensador, o funcionamento do motor é idêntico ao do motor com fase dividida. Em comparação com o motor com fase dividida, este motor apresenta um melhor binário de arranque e uma menor corrente de arranque, por isso, este motor é utilizado numa grande variedade de aplicações. Para inverter o sentido de rotação do motor, troca-se as polaridades da alimentação do enrolamento auxiliar.
1.5. MOTOR COM CONDENSADOR PERMANENTE Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam permanentemente ligados. 6 O condensador é do tipo permanente, possui dielétrico em polipropileno metalizado e, tal como no motor anterior, produz o desfasamento necessário para o desequilibro dos dois campos girantes, por forma, a possibilitar o arranque. O condensador é dimensionado para a corrente em condições normais de funcionamento, como a corrente de arranque é muito superior à corrente nominal, um condensador dimensionado para a corrente nominal deixa de o ser para a corrente de arranque. Por isso, o condensador permanente tem valor inferior ao condensador de arranque. Possuindo o condensador permanente valor inferior ao condensador de arranque, o binário de arranque deste motor também é inferior ao do motor anterior, mas, como o condensador fica permanente liado, este motor apresenta um razoável binário nominal, um fator de potência melhorado e um menor ruído. A inversão do sentido de rotação realiza-se como no motor com condensador de arranque. Construtivamente estes motores, praticamente, não necessitam de manutenção uma vez que não utilizam interruptor centrífugo ou outro dispositivo para desligar o enrolamento auxiliar. Como o binário de arranque deste motor não é elevado, ele é utilizado em equipamentos que não necessitem de um grande esforço no arranque, tais como: ventiladores, exaustores, bombas centrífugas, compressores para ar condicionado, serras circulares, esmeris, etc. Estes motores são fabricados para pequenas potências. 1.6. MOTOR COM DOIS CONDENSADORES Para ultrapassar a situação de um só condensador não ser capaz de criar as condições ideais no arranque e no funcionamento normal, este motor utiliza dois condensadores; um de maior capacidade, utilizado apenas na fase de arranque e outro de menor capacidade para utilização no funcionamento normal.
7 Estes dois condensadores, quando do arranque, estão ligados em paralelo. Após o arranque, o condensador de arranque (Ca) é desligado e o condensador permanente (Cp) fica ligado em série com o enrolamento auxiliar. A inversão do sentido de rotação faz-se por troca da polaridade da alimentação de um dos enrolamentos. Este motor apresenta um bom binário de arranque e um bom binário nominal. É normalmente utilizado em compressores para ar condicionado, transportadores, eletrobombas, etc. Como o motor possui condensador permanente e dispositivo de abertura do circuito do condensador de arranque, o seu custo é mais elevado. Atenção! Os condensadores dos motores monofásicos, se não possuírem resistência interna de descarga, podem reter a carga após o motor estar parado e desligado da rede. Um motor monofásico só deve inverter a rotação após estar parado. Nota: A regulação de velocidade nos motores de indução monofásicos, tal como nos motores de indução trifásicos, só é possível por variação da frequência da corrente de alimentação ou por alteração do número de pares de pólos do estator. 1.7. MOTOR DE PÓLOS SOMBREADOS Este motor tem um processo de arranque diferente dos motores estudados atrás e apresenta uma constituição muito simples. Possui um só enrolamento, não tem condensador de arranque nem dispositivo de abertura do enrolamento auxiliar, o que torna a sua construção eletricamente e mecanicamente muito simples, sendo, por isso, um motor de baixo custo. Na sua constituição possui uma ou duas espiras de cobre em curto-circuito, espiras de sombra, implantadas, diametralmente opostas, numa pequena área de cada pólo do estator.
8 Esta disposição faz com que, na área do estator abraçada pela espira, o campo magnético sofra um atraso em relação ao campo da área não abraçada. A corrente induzida na espira opõe-se a causa que lhe deu origem. Esta oposição faz com que o fluxo que atravessa a espira sofra um atraso em relação ao fluxo que atravessa a parte não abraçada. O resultado desta oposição é o aparecimento, em cada pólo do estator, de dois fluxos desfasados entre si. Esta diferença origina um desequilibro entre os campos magnéticos girantes, tornando assim possível o arranque do motor num dos sentidos de rotação. O sentido de rotação depende do lado em que se situam as espiras e, consequentemente, este motor apresenta um único sentido de rotação. A sua velocidade pode ser controlada variando a tensão de alimentação. Quanto ao desempenho, apresentam baixo binário de arranque, baixo rendimento e baixo fator de potência. São fabricados para baixas potências e pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações onde os requisitos de binário de arranque são baixos: pequenas bombas de água e compressores, e nas movimentações de ar: ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo. 2. CONDENSADORES PARA MOTORES 2.1. CONDENSADORES DE ARRANQUE Os clássicos são fabricados em tecnologia "eletrolítica", não são polarizados e apresentam normalmente a forma de tubo de alumínio e terminais Faston para ligação. Os modernos são
fabricados em tecnologia de filme de polipropileno metalizado com dielétrico seco e auto regenerante. Os condensadores de arranque são fabricados para serviço intermitente, ou seja para arranque de motores. Os de tecnologia "eletrolítica", se continuarem ligados, para além do tempo de arranque, podem explodir se a válvula de segurança não abrir. Motores de 1,1 kw é normal possuírem um condensador de arranque entre 50 e 100 F. 2.2. CONDENSADORES PERMANENTES São condensadores secos auto regenerantes em tecnologia de filme de polipropileno metalizado. Estes condensadores são para uso contínuo e para tensões de trabalho, normalmente de 450V~. Motores de 1,1kW é normal possuírem um condensador permanente de, aproximadamente, 30 F/450V~. Apesar, de hoje em dia os condensadores possuírem normalmente uma resistência interna de descarga, antes de qualquer intervenção no motor ou no armário do automatismo, deve-se assegurar que os condensadores estão descarregados. 3. DISPOSITIVOS DE COMANDO DO ENROLAMENTO AUXILIAR São dispositivos, mecânicos, eletromecânicos ou eletrónicos, que ligam o enrolamento auxiliar durante a fase de arranque do motor. O tempo de ligação tem, normalmente, como valor máximo três segundos. 3.1. INTERRUPTOR CENTRÍFUGO Dispositivo mecânico acoplado ao veio do motor. Quando o motor atinge uma determinada velocidade, 70 a 80% da velocidade nominal, um contacto elétrico, atuado mecanicamente pela força centrífuga, afasta-se e abre o circuito do enrolamento auxiliar. 3.2. RELÉ DE INTENSIDADE Relé cuja bobina é montada em sério com o enrolamento principal e o contacto no circuito do enrolamento auxiliar. Ao ligar-se o motor, a elevada corrente de arranque faz com que o relé atraque e feche o contacto que alimenta o enrolamento auxiliar e em série com o condensador, se este existir. O motor arranca, a corrente baixa acentuadamente e o relé desatraca, abrindo o contacto do enrolamento auxiliar. 9
O relé de intensidade é utilizado, tipicamente, nos motores dos compressores dos frigoríficos. 3.3. RELÉ ELETRÓNICO 10 Dispositivo electrónico em que o elemento de ligação do enrolamento auxiliar é um triac. Ao ligarse o motor, o triac torna-se condutor e mantém-se nesse estado por breves segundos. Existem modelos de relés eletrónicos em que o tempo de ligação pode ser regulado pelo utilizador. 3.4. TERMISTOR PTC Resistência com coeficiente de temperatura positivo que é colocada em série com o enrolamento auxiliar. A elevada corrente de arranque, ao atravessá-la, aquece-a, fazendo com que a sua resistência, num curto intervalo de tempo, passe de um valor óhmico muito reduzido para um valor óhmico bastante elevado, desliando, praticamente, o enrolamento auxiliar. Contudo, este intervalo de tempo é suficiente para o motor realizar o arranque. Após o arranque, a corrente na PTC baixa mas é suficiente para a manter numa temperatura em que a sua resistência continua elevada. Com a PTC com um valor elevado de resistência, a corrente que passa no enrolamento auxiliar é insignificante. 4. PLACA DE CARACTERÍSTICAS A placa de características, fixada no corpo do motor, informa, nomeadamente, sobre o fabricante e sobre os valores nominais do motor.
5. CAIXA DE BORNES A caixa de bornes possui no seu interior, tanto para os motores trifásicos de uma velocidade, como para os motores monofásicos atuais, uma placa com 6 bornes. Estes bornes destinam-se a ligar entre si os enrolamentos do motor e efetuar a ligação à rede elétrica. A marcação dos bornes deve ser feita de acordo com a norma internacional IEC 34-8 (EN 60034-8): enrolamento "running" identificado com as letras "U1" e "U2" e enrolamento "starting" com as letras "Z1" e "Z2". Contudo, alguns fabricantes utilizam nos motores monofásicos as placas de bornes dos motores trifásicos e as letras destes. A utilização de placas de 6 bornes, nos motores monofásicos, possibilita, de uma forma simples, por alteração de shunts colocar facilmente o motor a funcionar num sentido de rotação ou noutro. Os esquemas de ligação estão, normalmente, desenhados na parte interior da tampa da caixa de bornes. Para além dos bornes respeitantes aos enrolamentos, a caixa também possui um borne para ligação à terra. Esta ligação é obrigatória e deve ser realizada de acordo com a regulamentação em vigor no país. 5.1. LIGAÇÃO DOS CONDUTORES À PLACA DE BORNES Os condutores dos cabos devem ser equipados com terminais adaptados à secção do condutor e ao diâmetro dos parafusos da placa de bornes. 6. LIGAÇÃO DE MOTORES MONOFÁSICOS 6.1. MOTORES COM CONDENSADOR PERMANENTE E DE ARRANQUE 11
12 A ligação do condensador de arranque pode ser efetuada com um interruptor de comando manual ou automaticamente com interruptor centrífugo, relé de intensidade, relé eletrónico, ou através de um automatismo. 6.2. MOTORES ANTIGOS Em motores antigos é possível que as placas possuam quatro bornes. Nestes motores, o condensador está ligado, internamente, ao enrolamento auxiliar. Para efetuar a ligação à rede, há que identificar primeiro os terminais dos enrolamentos, do condensador e do interruptor centrífugo. O condensador dos motores de monofásicos pode reter carga, que se manifesta nos terminais do motor, mesmo que o motor esteja parado. A inversão do sentido de rotação dos motores monofásicos é efetuada trocando a alimentação do enrolamento auxiliar. Esta operação, só deve ser efetuada após paragem do motor. Num automatismo é realizada, por contactores, após se retirar os shunts da placa de bornes. 7. SÍMBOLOS DO MOTOR DE INDUÇÃO MONOFÁSICO U1 U2 Símbolo geral Com terminais do enrolamento auxiliar acessíveis 8. MOTOR UNIVERSAL 8.1. CONSTITUIÇÃO O motor universal é um motor monofásico de corrente alternada de coletor série. Trata-se do motor série de corrente contínua, alimentado com corrente alternada.
É constituído por um enrolamento indutor (estator) e um enrolamento induzido (rotor), que tem as suas extremidades ligadas a escovas (E). Os enrolamentos estão ligados em série. 13 8.2. FUNCIONAMENTO Quando o indutor é alimentado, cria um campo magnético que entra no induzido pelo lado do pólo norte do indutor e sai do induzido pelo lado do pólo sul do indutor. Como o induzido é alimentado em série com o indutor, os condutores que estão situados sob o mesmo pólo indutor, de um mesmo lado das escovas, são percorridos por correntes com o mesmo sentido, sendo sujeitos a forças com o mesmo sentido. Os condutores situados sob o outro pólo são sujeitos a forças iguais mas com sentido oposto. As duas forças criam um binário que faz girar o induzido do motor. Como a alimentação é alternada sinusoidal, em cada período há inversão do sentido da corrente e do fluxo, contudo, como o enrolamento indutor está liado em série com o enrolamento induzido, a inversão acontece em simultâneo, logo, o binário não inverte e a máquina roda continuamente no mesmo sentido. Relativamente ao motor série de corrente contínua, algumas alterações têm de ser introduzidas. A mais significativa é o circuito magnético do estator ser laminado, de modo a reduzir as perdas por correntes de Foucaull e, deste modo, baixar o aquecimento. Este motor, quer funcione em corrente contínua, quer funcione em corrente alternada, possui reação magnética do induzido. Esta reação distorce o campo magnético indutor e origina o aparecimento de arcos elétricos entre as lâminas do coletor e as escovas. Para minimizar este efeito, que degrada o coletor e principalmente as escovas, em algumas máquinas, coloca-se em série com o indutor e induzido um terceiro enrolamento, designado de enrolamento de compensação. A finalidade é criar um campo magnético contrário ao campo de reação do induzido, repondo o campo inicial.
14 O motor com este enrolamento designa-se de motor série monofásico compensado, figura seguinte. Embora a potência do motor universal seja, normalmente, baixa, a velocidade de rotação em vazio pode atingir valores bastante elevados. A inversão do sentido de rotação é obtida por troca das polaridades da tensão de alimentação do induzido ou do indutor, não de ambas, e o controle da velocidade é obtido por variação da tensão aplicada. Quanto maior a tensão, maior a velocidade. 8.3. APLICAÇÕES Os motores universais não são adequados para aplicações que requeiram velocidade constante, conforme se pode verificar pela curva do binário do motor, figura seguinte. No entanto, como são compactos e, dos motores monofásicos, são aqueles que fornecem mais binário por ampere, têm grande aplicação em situações onde é necessário alto binário e baixo peso, como é o caso de aparelhagem portátil: berbequins, aspiradores, varinhas mágicas, moinhos de café, etc. Atualmente, também são utilizados nas máquinas de lavar. A sua desvantagem é possuírem coletor e escovas, órgãos sujeitos a desgaste e, consequentemente, suscetíveis a avarias.
B) MOTORES DE INDUÇÃO Nos motores de indução só o estator é alimentado, o rotor recebe energia por indução, por isso, estes motores são chamados de motores de indução. As máquinas rotativas de corrente alternada dividem-se em dois grandes grupos: máquinas síncronas e máquinas assíncronas. Uma máquina diz-se síncrona quando roda à velocidade de sincronismo, e diz-se assíncrona quando roda a uma velocidade diferente da velocidade de sincronismo. Estas duas máquinas podem funcionar como gerador ou como motor. No caso da máquina síncrona temos o motor síncrono e o gerador síncrono ou alternador. No caso da máquina assíncrona, a utilização como gerador é pouco usual, a sua grande utilização é como motor assíncrono. Estas máquinas podem ainda funcionar em corrente alternada monofásica ou trifásica. 15 1. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO O motor de indução ou motor assíncrono é uma máquina robusta, de fácil construção, baixa manutenção, facilmente colocada em serviço e mais barata comparada com outras. Um motor de indução tem nos enrolamentos do estator e do rotor somente corrente alternada. Pode ser comparado com um transformar em que os enrolamentos do secundário recebem energia por indução. Os motores de indução podem ser trifásicos ou monofásicos. Os motores de indução monofásicos, são normalmente fabricados para potências baixas e têm grande aplicação na utilização doméstica. Por outro lado, os motores de indução trifásicos são utilizados na maioritariamente na indústria. 1.1 CONSTITUIÇÃO O motor de indução trifásico é constituído pelos seguintes elementos: O estator é constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si para reduzir as perdas por histerese e as correntes de Foucault. As chapas possuem ranhuras nas quais são
16 colocados os três enrolamentos, disposto geometricamente a 120 e constituídos por várias bobinas. O modo como as bobinas são ligadas umas às outras define o número de pares de pólos do motor. Os enrolamentos são alimentados por tensão trifásica e o conjunto é alojado no interior de uma carcaça em ferro fundido, aço ou alumínio. É a parte estática do motor. O rotor é constituído, tal como o estator, por chapas finas, isoladas uma das outras e ranhuradas. Se nas ranhuras são colocados os enrolamentos, o motor é de rotor bobinado, se são colocados condutores paralelos, o motor é de rotor em curto-circuito ou rotor em gaiola de esquilo. O rotor é apoiado no veio de rotação do motor, que possui rolamentos nos extremos e que transmite à carga a energia mecânica produzida. Estator Estator colocado na carcaça Entre o rotor e o estator existe o entreferro, que deve ser o mais pequeno possível, de forma a reduzir a relutância magnética total do circuito e assim aumentar a indução e consequentemente o fluxo. 1.2. MOTOR COM ROTOR EM CURTO-CIRCUITO OU EM GAIOLA DE ESQUILO Este tipo de motor possui rotor constituído por condutores paralelos alojados dentro de ranhuras das chapas laminadas e ligados entre si, nos topos, por anéis condutores (curto-circuitos). Esta disposição forma uma espécie de gaiola de esquilo, figuras abaixo. Em motores de maior potência, os condutores colocados dentro das ranhuras do rotor são feitos em barras de cobre, alumínio ou algumas das suas ligas. Em motores pequenos, a gaiola pode ser inteiramente moldada, normalmente a alumínio.
De referir que as barras condutoras da gaiola são dispostas com uma determinada inclinação com a finalidade de melhorar as propriedades de arranque e diminuir os ruídos. Um motor de rotor em curto-circuito é um motor de uma só alimentação, não necessita de coletor nem de escovas. Não possui, por isso, contactos elétricos móveis. Este facto, têm como resultado um motor robusto e, praticamente, sem manutenção. 1.3. MOTOR DE ROTOR BOBINADO O motor de rotor bobinado é, normalmente, de potência elevada e destina-se a arranques de cargas com elevado binário resistente e grande inércia. Permite arranques suaves e progressivos recorrendo a resistências, chamadas resistências rotóricas, ligadas, através de escovas e anéis coletores, em série com o enrolamento trifásico do rotor. Estas resistências, aquando do arranque, vão sendo progressivamente retiradas até que o motor atinja a sua velocidade nominal. Deste modo, é possível controlar o binário de arranque de uma forma progressiva. 17 Apesar desta vantagem, para as mesmas especificações, o motor de rotor bobinado é mais caro e menos eficiente que o motor de gaiola de esquilo. Por esta razão, este tipo de motor só é utilizado quando o de gaiola de esquilo não consegue fornecer o binário de arranque pretendido. 2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO No motor assíncrono trifásico o estator é formado por conjuntos de três enrolamentos colocados de forma que entre eles exista um ângulo de 120. Estes enrolamentos, ao serem percorridos pela corrente trifásica da rede elétrica, criam um campo magnético girante. O campo magnético girante, ao atravessar o rotor, provoca uma variação de fluxo nos condutores da gaiola de esquilo ou do rotor bobinado, gerando-se, de acordo com a lei de Faraday, uma força eletromotriz induzida (f.e.m.) nesses condutores. Como os condutores do rotor estão em circuito fechado, quer no caso do rotor em curto-circuito, quer ou no caso do rotor bobinado, os mesmos são percorridos por correntes induzidas. Estas correntes induzidas, de acordo com a lei de Lenz, têm um sentido tal que, pelas suas ações magnéticas, tende a opor-se à causa que lhes deu origem.
18 No rotor vai ser gerado, a cada momento, um campo magnético que tende a opor-se ao campo magnético girante do estator. Para se opor, os dois campos têm de possuir pólos contrários. Como o campo do estator é girante, e, sabendo que pólos de sinal contrários se atraem, o rotor entra em movimento, tentando acompanhar o campo girante. O mesmo nos diz a lei de Laplace: Um condutor, percorrido por corrente elétrica, mergulhado num campo magnético, fica sujeito a uma força eletromagnética. Como se pode constatar, o princípio de funcionamento do motor de indução baseia-se em leis fundamentais do eletromagnetismo: lei de Faraday, lei de Lenz e lei de Laplace. Lei de Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. Se o circuito for fechado, será percorrido por uma corrente induzida". Lei de Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta, pelas suas acções magnéticas, tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem". Lei de Laplace: "Sobre um condutor retilíneo, percorrido por corrente, mergulhado num campo magnético, é exercida uma força eletromagnética que é proporcional à indução magnética (B) a que ele está sujeito, à corrente (I) que o percorre, ao seu comprimento (I) e ao seno do ângulo que ele forma com a indução". Resumindo:
3. VELOCIDADE DO MOTOR A velocidade de um motor de indução é função da frequência da corrente de alimentação e do número de pares de pólos do estator. n s = f p 60 19 n s - velocidade do campo girante rpm ou min-1 f - frequência da corrente (Hz) p - número de pares de pólos A velocidade nominal (n n ) do motor de indução é ligeiramente inferior à velocidade do campo girante, velocidade de sincronismo, o motor possui escorregamento. 4. PERDAS DO MOTOR Como motor a máquina absorve potência elétrica da rede e fornece, potência mecânica no veio. As perdas que ocorrem num motor são, essencialmente, as seguintes: Perdas elétricas; Perdas magnéticas; Perdas mecânicas. As perdas elétricas aumentam acentuadamente com a carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule, podem-se reduzir aumentando a secção dos condutores. As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor. São devidas ao efeito de histerese e às correntes induzidas (correntes de Foucault), variam com a densidade do fluxo e a frequência. Estas perdas podem ser reduzidas através do aumento da secção do ferro no estator e no rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais magnéticos. As perdas mecânicas são devido à fricção dos elementos, ventilação e perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando elementos com baixa fricção e com o aperfeiçoamento dos sistemas de ventilação. O motor elétrico transforma a potência elétrica absorvida em potência mecânica e uma pequena percentagem em perdas. As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são quantificadas através do rendimento.
= P mec P elec (%) A potência mecânica traduz-se basicamente, no binário que o motor produz no veio do rotor. 20 5. Aplicações O motor de indução de rotor em curto-circuito é atualmente o motor mais usado na indústria e também em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil e facilidade de alimentação através da corrente alternada da rede de distribuição pública. Este motor, como não possui coletor, não produz faíscas e tem portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro. Associados a conversores eletrónicos de tensão e frequência, variadores eletrónicos de velocidade, os motores de indução tendem a assumir um papel de primazia nos acionamentos elétricos. O acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos, por motores elétricos, é um assunto de extraordinária importância económica. No campo de acionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica através de motores elétricos. Destes, os mais utilizados na indústria, são os motores de indução de gaiola de esquilo. 6. PLACA DE CARACTERÍSTICAS A paca de características, fixada no corpo do motor, informa sobre o fabricante, sobre os valores nominais do motor e outros. 7. CAIXA DE BORNES A caixa de bornes possui no seu interior, para os motores trifásicos de uma velocidade, uma paca com 6 bornes, marcados de acordo com a norma IEC 34-8 (EN 60034-8). Estes bornes destinam-se a ligar entre si os enrolamentos do motor e efetuar a ligação à rede elétrica.
A disposição dos bornes permite, no motor trifásico, através de shunts, colocar facilmente o motor a funcionar em estrela ou em triângulo. Os esquemas de liação estão desenhados na parte interior da tampa da caixa de bornes, ou na placa de características. Para além dos bornes dos enrolamentos e do borne para à ligação à terra, a caixa de bornes pode conter também liações para termistores, elementos de aquecimento, interruptores bimetálicos, ou elementos de resistência PT 100. A liação à terra do motor é obrigatória e deve ser assegurada de acordo com a regulamentação em vigor no país. Placa de bornes - norma IEC 34-8 21 Placa de bornes antiga 7.1. LIGAÇÃO DOS CONDUTORES À PLACA DE BORNES Os condutores dos cabos devem ser equipados com terminais adaptados à secção do condutor e ao diâmetro dos parafusos da paca de bornes. 8. SÍMBOLOS DO MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO Com 3 terminais acessíveis Com 6 terminais acessíveis 9. ARRANQUE ESTRELA / TRIÂNGULO Os três enrolamentos do estator do motor de rotor em curto-circuito, antes de serem ligados à rede trifásica, têm de ser ligados entre si para que o motor funcione. A ligação dos enrolamentos pode ser feita em estrela ou em triângulo.
22 Para ser possível as duas ligações, os seis terminais dos enrolamentos têm de estar acessíveis. Caso estejam acessíveis apenas três terminais os enrolamentos já estão internamente ligados em triângulo. A possibilidade dos enrolamentos serem ligados em estrela ou em triângulo permite a realização do arranque do motor em duas fases: O motor arranca com os enrolamentos ligados em estrela, a corrente absorvida da rede, para a mesma tensão de alimentação, é 1/3 da corrente absorvida relativamente ao arranque em triângulo e o binário de arranque também é 1/3 do binário de arranque em triângulo. Após o arranque e atingida uma velocidade de aproximadamente 80% da velocidade nominal, os enrolamentos são ligados em triângulo, funcionando o motor à potência nominal. A finalidade do chamado "arranque estrela/triângulo" é atenuar a elevada corrente de arranque dos motores, que provoca quedas de tensão na rede que podem afetar o funcionamento de outros aparelhos a ela liados ou mesmo atuação dos aparelhos de proteção. Com este processo consegue-se suavizar o arranque do motor e atenuar a perturbação causada à rede. Este tipo de arranque só é possível em motores cuja tensão nominal em "triângulo" corresponda à da rede trifásica, 400 V. É obrigatório na rede pública portuguesa de BT para motores de potência até 1,1 kw, para potências até 4 kw o motor pode arrancar com os enrolamentos ligados em triângulo, no denominado arranque direto. Os motores são construídos para funcionarem com os enrolamentos liados em triângulo.
10. INVERSÃO DE MARCHA A inversão do sentido de rotação, com os enrolamentos ligados em estrela ou em triângulo, é obtida por troca de duas das fases que alimentam o estator do motor. 23 Num automatismo, esta operação é executada por contactores sem os shunts da paca de bornas. 11. PROTEÇÃO CONTRA SOBREINTENSIDADES As sobreintensidades perigosas podem aparecer durante o funcionamento dum motor devidos a sobrecargas mecânicas duma determinada duração, por falta de uma fase, e sobretudo por curtocircuito na cablagem. Para se evitar que os motores ou as instalações elétricas que os alimentam avariem, devem ser previstos dispositivos de proteção, que protejam simultaneamente curtocircuitos e sobrecargas. Curto-circuitos: a proteção contra curto-circuitos, se feita por fusíveis, os mesmos devem ser de alto poder de corte, normalmente tipo am. Se esta proteção for realizada por disjuntores, os mesmos serão do tipo magnético. Sobrecargas: a proteção contra sobrecargas, esta é geralmente feita por relés térmicos. Estes devem ser regulados para o valor da intensidade de corrente constante na placa de características para a tensão e frequência da alimentação do motor. Se a proteção contra curto-circuitos e contra sobrecargas é feita por um mesmo dispositivo, ele terá de ser do tipo magneto-térmico. Os motores também podem ser equipados com sondas térmicas, colocadas junto dos seus enrolamentos, que detetam a temperatura dos mesmos e informam o circuito de comando.
24 Bibliografia Princípios de electricidade e electrónica, Noel M. Morris, Edições CETOP. Elementos de electricidade, Simões Morais, Edição do Autor. Electricidade. José Vagos Carreira Matias, Didáctica Editora. Física e Química na nossa vida Viver melhor na Terra, M. Margarida R. D. Rodrigues e Fernando Morão Lopes Dias, Ciências Físico-Químicas 9º ano, Porto Editora.