2012 SENAI-Sama Alex Cardoso, Alex Martins, Adolfo, Lucas, Gilmar. Curso Técnico em Eletromecânica [MOTORES SINCRONOS E ASSINCRONOS] Definições de motores síncronos e assíncronos, Diferenças, Princípios de funcionamento, locais mais usados e tipos.
1 Índice 1. Introdução Motores síncronos...2 2. Diferenças entre Síncronos e Assíncronos...2 3. Diferenças construtivas básicas...3 4. Motores sincronos...3 5. Constituição...4 5.1 Rotor...5 5.2 Eixo...5 5.3 Mancais...6 6. Principio de funcionamento...6 7. Locais mais usados...7 8. Tipos de motores síncronos...7 9. Introdução motores Assíncronos...9 10. Motores Assincrono...10 11. Funcionamento de um motor Assíncrono...10 12. Aplicações...11 13. Tipos de motores de indução monofásicos...13 14. Gaiola de Esquilo...16 15. Fusiveis...17 16. Rele bi metálico de sobrecarga...18 17. Rotor Bobinado...19 18. Conclusão...20
2 Definições sobre motores síncronos e assíncronos Diferenças, princípios de funcionamento, locais mais usados e tipos. 1-Introdução Motores Síncronos O motor síncrono é um tipo de motor elétrico muito útil e confiável com uma grande aplicação na indústria. Entretanto, pelo fato do motor síncrono ser raramente usado em pequenas potências, muitos que se sentem bem acostumados com o motor de indução por causa de suas experiências com acionadores menores, se tornam apreensivos quando se deparam com a instalação de um motor síncrono nos seus sistemas. 2-Diferenças entre síncronos e assíncronos O motor síncrono é bastante semelhante ao motor de indução (assíncrono) no seu aspecto geral, embora usualmente os motores síncronos possuam 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. Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa, utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Os motores síncronos funcionam quando há sincronismo entre o campo magnético do estator e a voltagem induzido no rotor, ou seja, a freqüência da tensão/corrente gerada é proporcional a velocidade do rotor. Lembre-se da fórmula: velocidade x freqüência induzida =120 x nº de pólos. Motor de indução: Funciona normalmente com velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de freqüência. Nos motores assíncronos (de indução) há um escorregamento, ou seja, há certa diferença entre a velocidade do rotor e a freqüência induzida. Na prática esse valor está por volta de 0,05 a 0,1; ou seja, segundo a fórmula
3 dos motores síncronos acima, a velocidade deve ser de 5 a 10% maior para induzir a mesma tensão de um motor síncrono. 3-Diferenças Construtivas Básicas Motores síncronos são classificados em alta e baixa velocidade devido às diferenças nos métodos construtivos. O motor de alta velocidade, nominalmente de 12 pólos e abaixo, é caracterizado por seu relativo comprimento axial longo em comparação ao diâmetro do rotor. A elevada velocidade do rotor, produzindo conseqüentemente altas forças centrífugas, faz com que as laminações da armação do rotor sejam feitas de aço de alta resistência mecânica com cauda de andorinha estampada ou usinada de modo a permitir a montagem e aperto seguro dos pólos no rotor. Construções padrões incluem estator, rotor, eixo e dois mancais. Para motores pequenos e médios os mancais são alojados dentro de tampas laterais às quais são montadas e se tornam partes integrantes do motor. Estes motores são abertos e auto ventilados. Alguns fabricantes possuem o motor a prova de pingos como padrão. Motores Síncronos de Alta Velocidade Velocidade de Rotação Pólos 60 Hz rpm 50 Hz rpm 25 Hz rpm 4 1800 1500 750 6 1200 1000 500 8 900 750-10 720 600-12 600 500-4- Motores Síncronos Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam 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. O termo SÍNCRONO tem sua origem no Grego, onde o prefixo SIN significa com e CRONOS é uma palavra que denota tempo. Um motor síncrono literalmente opera em tempo com ou em sincronismo com o sistema de alimentação.
4 Os motores síncronos estão sendo utilizados com maior freqüência pelas indústrias, devido ao fato de possuírem características especiais de funcionamento. O alto rendimento e o fato de poderem trabalhar como compensador síncrono para corrigir o fator de potência da rede se destaca como os principais motivos que resultam na escolha dos MOTORES SÍNCRONOS para acionamento de diversos tipos de cargas. Altos torques, velocidade constante nas variações de carga e baixo custo de manutenção, também são características especiais de funcionamento que proporcionam inúmeras vantagens econômicas e operacionais ao usuário. A economia está por trás do uso de motores síncronos em muitas das aplicações deste tipo de motor na indústria. As cinco razões mais comuns para se especificar motores síncronos são: 1. Baixo custo inicial. 2. Obter altos rendimentos. 3. Obter correção de fator de potência. 4. Obter características de partida especiais. 5. Obter características especiais do motor síncrono. Destas cinco vantagens, as quatro primeiras têm um impacto direto no custo geral de operação da instalação. 5-CONSTITUIÇÃO Carcaça - Sua função principal é apoiar e proteger o motor, alojando também o pacote de chapas e enrolamento do estator. Podem ser construídas nos tipos horizontais e verticais e com grau de proteção de acordo com as necessidades do ambiente. A carcaça é construída em chapas e perfis de aço soldado, com as junções feitas através de solda tipo MIG, formando um conjunto sólido e robusto que é a base estrutural da máquina. Todo o conjunto da carcaça recebe um tratamento de normalização para alívio de tensões provocadas pela solda. Tal construção proporciona excelente rigidez estrutural de maneira a suportar esforços mecânicos proveniente de eventual curto-circuito e baixas vibrações, capacitando o motor a atender as mais severas solicitações. Internamente a carcaça é constituída por longarinas dispostas na periferia para fixação do pacote de chapas com seu respectivo enrolamento. Normalmente a carcaça é apoiada sobre uma base metálica rígida (chapa de aço), e esta por sua vez apoiada sobre a base de concreto. A fixação da base metálica ao concreto é feita através de chumbadores. Estator - Constituído por um pacote laminado de chapas de aço silício de alta qualidade, com ranhuras para alojar o enrolamento do estator, que opera
5 com alimentação de potência em corrente alternada para gerar o campo magnético girante. 5.1-Rotor - O rotor pode ser construído com pólos lisos ou salientes dependendo das características construtivas do motor e da aplicação. Consistem nas partes ativas giratórias compostas da coroa do rotor, o enrolamento de campo e o enrolamento amortecedor. Os pólos de campo são magnetizados através da corrente direta da excitatriz ou diretamente por anéis coletores e escovas; eles engrenam magneticamente pelo entreferro e giram em sincronismo com o campo girante do estator. O rotor do motor síncrono de pólos salientes compreende em eixo, roda polar e pólos. Os pólos são fabricados com chapas de aço laminado que são fixadas através de barras de aço que são soldadas nas extremidades. As bobinas de campo são feitas de fios de cobre esmaltados ou barras de cobre planas. Depois de bobinados e impregnados, os pólos são fixados ao eixo ou a roda polar, através de parafusos, por cima ou por baixo do pólo, ou conectados por meio de rabo de andorinha. O enrolamento amortecedor está alojado nos pólos e é feito de barras de cobre ou outro material dependendo do projeto do motor. Após montagem final e impregnação, o rotor completo é balanceado dinamicamente em 2 planos. O rotor do motor síncrono de pólos lisos compreende em eixo, pacote de chapas laminado e enrolamento dos pólos. O enrolamento é alojado nas ranhuras do rotor formando os pólos. 5.2-Eixo - Os eixos são fabricados de aço forjado ou laminado e usinados exatamente conforme as especificações. A ponta de eixo normalmente é cilíndrica ou flangeada. 5.3-Mancais - Em função da aplicação, os Motores Síncronos podem ser fornecidos com mancais de rolamentos ou mancais de deslizamento. a) Mancais de rolamento - Estes mancais são normalmente constituídos de rolamentos de esferas ou de rolos cilíndricos, dependendo da rotação e dos esforços axiais e radiais a que são submetidos, sendo que em algumas aplicações podem ser utilizados rolamentos especiais. Os mancais de rolamentos podem ser lubrificados a óleo ou graxa. b) Mancais de deslizamento - Os mancais de deslizamento podem ter lubrificação natural (auto-lubrificáveis) ou lubrificação forçada (lubrificação externa). Os Motores Síncronos necessitam de uma fonte de corrente contínua para alimentar o enrolamento de campo (enrolamento do rotor), que usualmente é suprido através de anéis coletores e escovas (excitatriz estática) ou através de uma excitatriz girante sem escovas (brushless).
6 6-Princípio de Funcionamento Os motores síncronos possuem o estator e os enrolamentos de estator (armadura) bastante semelhante aos dos motores de indução trifásicos. Assim como no motor de indução, a circulação de corrente no enrolamento distribuído do estator produz um fluxo magnético girante que progride em torno do entreferro. Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um campo magnético dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional à corrente. O princípio de funcionamento do motor síncrono baseia-se na interação de dois campos magnéticos, ou seja, um campo girante produzido no estator por corrente alternada e um campo fixo no rotor produzido por corrente contínua (rotação do eixo igual à rotação síncrona). Este motor tem uma velocidade de rotação, denominada de velocidade de sincronismo, constante e rigorosamente definida pela freqüência da corrente e pelo número de pólos. A estrutura e o mecanismo de operação dos rotores síncronos são relativamente complicados e para o seu funcionamento há necessidade de uma fonte suplementar de energia em corrente contínua destinada à alimentação dos enrolamentos do rotor, visto que o estator recebe corrente alternada. Isto é obtido através de um pequeno gerador (espécie de dínamo) conhecido por excitatriz, acionado pelo mesmo eixo do motor. Também não possuem condições próprias de partida necessitando de equipamento auxiliar de partida até atingir a velocidade de sincronismo, em geral, pequenos motores de indução tipo gaiola. O campo prático de aplicação dos motores síncronos é o das grandes instalações, geralmente quando a potência das bombas ultrapassa de 500HP e as velocidades necessitam ser baixas (até 1800rpm) e constantes. Devido a sua maior eficiência, o dispêndio com a energia elétrica em grandes instalações, passa a ter significativo valor na economia global do sistema. O custo inicial, entretanto, é elevado e a fabricação ainda restrita em no país. São ainda citadas como desvantagem dos síncronos controle relativamente difícil e sua sensibilidade às perturbações do sistema (excesso de carga, por exemplo) podendo provocar saídas do sincronismo que provocam paradas de funcionamento, acarretando prejuízos significativos. 7-Locais mais usados Os motores síncronos são fabricados especificamente para atender as necessidades de cada aplicação.
7 Devido a suas características construtivas, operação com alto rendimento e adaptabilidade a todos os tipos de ambiente, são utilizados em praticamente todos os segmentos da indústria, tais como: 7.1-Mineração - (britadores, moinhos, correias transportadoras Mineração Grupos Motor-Gerador, Escavadeiras, Equipamento para Guindastes, Bombas, Compressores, Ventiladores, e outros); 7.2-Siderurgia - (laminadores, ventiladores, bombas, compressores); 7.3-Papel e celulose - (extrusoras, picadores, desfibradores, compressores, moedores, descascadores); 7.4-Saneamento - (bombas); 7.5-Química e petroquímica - (compressores, ventiladores, exaustores); 7.6-Cimento - (britadores, moinhos, correias transportadoras); 7.7-Borracha - (extrusoras, moinhos, misturadores). 7.8-Madeira (Serras, Bombas, Compressores Têxtil Bombas, Compressores, Conjuntos Motor-Gerador); 7.9-Construção Civil (Bombas, Compressores para Ar Condicionado Máquinas Operatrizes Acionamento de Prensas, Compressores); 7.10-Britagem (Moinhos de Bola, Moinhos de Rolos, Esmagadores (Crushers), Bombas, Compressores); 7.11-Geração de Energia Elétrica- (Sopradores, Bombas de Fornecimento de Água e de Resfriamento); 8-TIPOS DE MOTORES SÍNCRONOS A diferença fundamental entre as diversas máquinas trifásicas está na concepção do rotor. A seguir estão relacionadas às principais máquinas trifásicas, e suas peculiaridades de maior interesse: Máquina síncrona convencional com alimentação de campo externa: Os enrolamentos de campo são alimentados com corrente contínua levada até eles através de anéis deslizantes e escovas. O inconveniente neste tipo de máquina, é que esta necessita de uma fonte de tensão externa continua ajustável. Com relação à forma do rotor, estes podem ser pólos lisos, ou pólos salientes. 8.1-Máquina síncrona convencional com excitatriz interna: Os enrolamentos de campo são alimentados com corrente contínua a partir de um gerador interno também conhecido por excitatriz, acoplado diretamente ao eixo da máquina. Neste tipo de máquina não há escovas reduzindo então as manutenções. O rotor pode ser de pólos lisos ou pólos salientes.
8 8.2-Máquina síncrona com ímã permanente: Não há enrolamentos de campo, que são substituídos por ímãs permanentes de alto produto energético. Não possui igualmente escovas ou fonte de tensão contínua, reduzindo com isto manutenções, aumentando o rendimento e com melhor relação torque/volume. Os ímãs são fixados, em alguns casos, tangencialmente na superfície dos pólos do rotor, ou embutidos no rotor. Alguns possuem uma configuração híbrida. 8.3-Máquina síncrona de relutância: Neste tipo de máquina, não há enrolamentos de campo. O rotor é construído com saliências (pólos salientes) que, devido ao efeito da mínima relutância, giram em sincronismo com o campo girante do estator. Esta máquina não possui enrolamentos de campo ou ímãs permanentes, escovas ou fonte de tensão contínua, reduzindo com isto manutenções. Como desvantagem, possui menor relação torque/volume, comparado às outras máquinas trifásicas. Uma observação importante quanto aos motores síncronos é que estes não possuem torque de partida e uma das alternativas deve ser realizada: Construção de uma gaiola envolvendo o rotor, ou seja, a colocação de barras no sentido longitudinal da máquina, curto-circuitadas nas extremidades por anéis. Nesta configuração, na partida, correntes bastantes elevadas são induzidas nestas barras em função da baixa impedância, aumentando consideravelmente o fluxo magnético, fazendo com que o motor parta. Quando o rotor da máquina está girando em regime permanente, à velocidade síncrona com o campo girante, nenhuma tensão é induzida nestas barras e elas simplesmente não agem. Dispositivo de partida externa, ou seja, outro motor acoplado ao eixo fornece o torque suficiente para a partida do motor síncrono. Utilizando um conversor com freqüência ajustável, tem-se então um campo girante com velocidade angular variável. Nesta circunstância, inicialmente regula-se o conversor para geração de um campo girante com uma freqüência baixa, de tal forma que o rotor comece a girar. A seguir, aumentase a freqüência do campo girante até a velocidade síncrona.
9 Organograma de Motores CA 9-Introdução Motores Assíncronos Os motores assíncronos ou de indução, por serem robustos e mais baratos, são os motores mais largamente empregados na indústria. Nestes motores, o campo girante tem a velocidade síncrona, como nas máquinas síncronas. Teoricamente, para o motor girando em vazio e sem perdas, o rotor teria também a velocidade síncrona. Entretanto ao ser aplicado o conjugado externo ao motor, o seu rotor diminuirá a velocidade na justa proporção necessária para que a corrente induzida pela diferença
10 de rotação entre o campo girante (síncrono) e o rotor, passe a produzir um conjugado eletromagnético igual e oposto ao conjugado externamente aplicado. 10-Motores Assíncronos O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos: um circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; por bobinas localizadas em cavidades abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as perdas, mas também para aumentar o fator de potência em vazio. 11-Funcionamento de um Motor Assíncrono A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavidades do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator, consequentemente, no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A f.e.m. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor. Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução baseia-se em duas leis do Eletromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de Faraday. 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 é fechado será percorrido por uma corrente induzida". Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem". O motor elétrico transforma a potência elétrica fornecida em potência mecânica e uma reduzida percentagem em perdas.
11 As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são quantificadas através do rendimento (mais à frente analisamos melhor os vários tipos de perdas nos motores). A Potência Mecânica traduz-se basicamente no torque que o motor gera no eixo do rotor. O torque é conseqüência direta do efeito originado pela indução magnética do estator em interação com a do rotor. T = K. B est. B rot. sen _ T = Torque K - Constante Best - Indução magnética criada pelo estator Brot - Indução magnética criada pelo rotor ângulo entre B est e B rot A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela freqüência da energia fornecida ao motor e pelo numero de pares de pólos existentes no estator. No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade síncrona, como nos motores síncronos. As velocidades do campo girante obtêm-se pela seguinte expressão: Vg = velocidade do campo girante f = freqüência n = numero de pares de pólos Uma característica fundamental dos motores de indução é o escorregamento, daí tratar-se de motores assíncronos, o seu valor é dado pela seguinte expressão: s escorregamento V - velocidade do rotor A velocidade sofre um ligeiro decréscimo quando o motor passa de um funcionamento em vazio (sem carga) para um funcionamento em carga máxima. 12-Aplicações O motor assíncrono tem atualmente uma aplicação muito grande tanto na indústria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser direto, em motores de baixa potência). Não possui coletor (órgão delicado e caro) tratando-se de um gaiola de esquilo; não produz faíscas e tem portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor. É utilizado o motor monofásico para baixas potências (até 1 a 2 Kw) e o polifásico para potências superiores.
12 Na figura seguinte visualiza-se a utilização de motores em casos específicos: Há que destacar que o motor de indução ideal está numa faixa de velocidade entre 900 e 1800rpm, e com potências inferiores a alguns milhares de KW. Associados aos conversores eletrônicos de tensão e freqüência variáveis (variadores eletrônico de velocidade), os motores de indução tendem a assumir um papel quase que exclusivo nos acionamentos elétrico. 12.1-Perdas No Motor As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos: - Perdas elétrica - Perdas magnéticas - Perdas mecânicas - Perdas parasitas - As perdas elétricas são do tipo {RI 2 }, aumentam acentuadamente com a carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule podem ser reduzidas, aumentando a secção do estator e dos condutores do rotor. - As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor. Ocorrem devido ao efeito de histerese e às correntes induzidas (neste caso, correntes de Foucault), e variam com a densidade do fluxo e a freqüência. Podem ser reduzidas através do aumento da secção do ferro no estator e rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais magnéticos. - As perdas mecânicas são devido à fricção dos procedimentos, ventilação e perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando procedimentos com baixa fricção e com o aperfeiçoamento do sistema de ventilação. - As perdas parasitas (stray losses) ou perdas extraviadas são devidas a fugas do fluxo, distribuição de corrente não uniforme, imperfeições mecânicas nas aberturas para escoamento do ar, e irregularidades na densidade do fluxo do ar ao ser escoado pelas aberturas. Podem ser reduzidas através da optimização do projeto do motor e ainda de uma produção ou fabrico cuidadoso.
13 13-Tipos de Motores de Indução Monofásicos Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução trifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW). Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com rotor tipo gaiolos destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores trifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham torque de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque. Tipos de Motores de indução monofásicos: Motor de Pólos Sombreados; Motor de Fase Dividida; Motor de Condensador de Partida; Motor de Condensador Permanente; Motor com dois Condensadores. 13.1-Motor de Pólos Sombreados O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo distorcido (ou shaded pole), graças ao seu processo de arranque, é o mais simples, fiável e econômico dos motores de indução monofásicos. Construtivamente existem diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. Cada pólo vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. A
14 corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma. O resultado disto semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo, produzindo o torque tingir a rotação nominal. O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do pólo. Conseqüentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos para se obter inversão de rotação, mas muito mais dispendiosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo torque de arranque (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv a 1/4 cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo são ideais em aplicações tais como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações domésticas. Apesar de sua aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria eletromagnética. 13.2-Motor de Fase Dividida Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o arranque), ambos defasados de 90 graus. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o torque necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar é desligado da rede através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se. O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm torque de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco torque de arranque, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.
15 13.3-Motor de Condensador de Partida É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um condensador eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O condensador permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados torques de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do torque com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura de o circuito auxiliar, o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado torque de arranque (entre 200% e 350% do torque nominal), o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv. 13.4-Motor de Condensador Permanente Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam permanentemente ligados, sendo o condensador do tipo eletrostático. O efeito deste condensador é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído. Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contactos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu torque de arranque é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de arranque, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris,
16 pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv. Motor com Dois Condensadores É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de condensador de partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de condensador permanente. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados apenas para potências superiores a um cv. 13.5-Tipos de Motores de Indução Trifásicos O motor de indução trifásico é o tipo mais utilizado, tanto na indústria como no ambiente doméstico, devido à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica ser trifásicos de corrente alternada. A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2 KW, Para potências inferiores justifica-se o uso de monofásicos. O motor de indução trifásico apresenta vantagens ao monofásico, como o arranque mais fácil, menor nível de ruído e menor preço para potências superiores a 2KW. 14-Gaiola de Esquilo
17 Este é o motor mais utilizado na indústria atualmente. Tem a vantagem de ser mais econômico em relação aos motores monofásicos tanto na sua construção como na sua utilização. Além disso, escolhendo o método de arranque ideal, tem um leque muito maior de aplicações. O rotor em gaiola de esquilo é constituído por um núcleo de chapas ferromagnéticas, isoladas entre si, sobre o qual são colocadas barras de alumínio (condutores), dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que curtocircuitam os condutores. O estator do motor é também constituído por um núcleo ferromagnético laminado, que nas cavidades do qual são colocados os enrolamentos alimentados pela rede de corrente alternada trifásica. A vantagem deste rotor relativamente ao rotor bobinado é que resulta numa construção do induzido mais rápida, mais prático e mais barato. As barras condutoras da gaiola são colocadas geralmente com certa inclinação, para evitar as trepidações e ruídos que resultam da ação eletromagnética entre os dentes das cavidades do estator e do rotor. A principal desvantagem refere-se ao fato de o torque de arranque ser reduzido em relação à corrente absorvida pelo estator. Trata-se essencialmente de um motor de velocidade constante. Princípio de Funcionamento - campo girante Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um campo magnético dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional à corrente. Na figura ao lado é mostrado um enrolamento monofásico atravessado por uma corrente I, e o campo H é criado por ela; o enrolamento é constituído de um par de pólos (um pólo norte e um pólo sul ), cujos efeitos se somam para estabelecer o campo H. O fluxo magnético atravessa o rotor entre os dois pólos e se fecha através do núcleo do estator. Se a corrente I é alternada, o campo H também é, e inverte seu sentido em cada meio ciclo. O campo H é pulsante, pois sua intensidade varia proporcionalmente à corrente, sempre na mesma direção norte--sul. Na figura ao lado é mostrado um enrolamento trifásico, que é composto por três monofásicos espaçados entre si de 120 graus. Se este enrolamento for alimentado por um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 criarão, do mesmo modo, os seus próprios campos magnéticos H1, H2 e H3. Estes campos são espaçados entre si de 120 graus. O campo total H resultante, a cada instante, será igual à soma dos três campos H1, H2 e H3 naquele instante. 15-Fusíveis São os elementos mais tradicionais para proteção contra curto-circuito de sistemas elétricos. Sua operação é baseada na fusão do elemento fusível, contido no seu interior. O elemento fusível é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores, à passagem da corrente.
18 O elemento fusível é um fio ou uma lâmina, geralmente, prata, estanho, chumbo ou liga, colocado no interior de um corpo, em geral de porcelana, hermeticamente fechado. Possuem um indicador, que permite verificar se operou ou não; ele é um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou botão, ou mesmo um parafuso, preso na tampa do corpo. Os fusíveis contêm em seu interior, envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor; para isso utilizam-se, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. A figura abaixo mostra a composição de um fusível (no caso mais geral). O elemento fusível pode ter diversas formas. Em função da corrente nominal do fusível, ele compõe-se de um ou mais fios ou lâminas em paralelo, com trecho(s) de seção reduzida. Nele existe ainda um ponto de solda, cuja temperatura de fusão é bem menor que a do elemento e que atua por sobrecargas de longa duração. 16-Relé bimetálico de sobrecarga São dispositivos baseados no princípio da dilatação de partes termoelétricas (bimetálicos). A operação de um relé está baseado nas diferentes dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de temperatura. Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento.
19 O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; Tempo de partida muito alto; Rotor bloqueado; Falta de uma fase; Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede. Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos a seguir. O número de seqüência deve ser `9' (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. 17-Rotor Bobinado O enrolamento do induzido é constituído por condutores de cobre isolados entre si e montados nas ranhuras do rotor. O conjugado no arranque, deste tipo de motor, é bem melhor que o anterior porque podemos inserir resistores em série com as fases do enrolamento do rotor. Há tipos em que os