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Faculdade de Engenharia Universidade Porto

Fundao Universidade Regional de Blumenau

Anlise de Qualidade e Processos de Bobinagemde Motores de Induo de Baixa Tenso

Alexandre Augusto Carvalho Roas

Blumenau 2012

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Anlise de Qualidade e Processos de Bobinagemde Motores de Induo de Baixa Tenso

VERSO FINAL

Trabalho de Concluso de Curso apresentado para aprovao s disciplinas deEstgio Supervisionado e Trabalho de Concluso de Curso parceria feita entre

FEUP-FURB

Orientador: Prof. Doutor Srgio Henrique Lopes CabralCo-orientador: Prof. Doutor Carlos Manuel Arajo S

Co- Supervisor: Eng. Abilio Orcioli Neto

Julho de 2012

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Anlise de Qualidade e Processos de Bobinagem deMotores de Induo de Baixa Tenso

Dissertao de Mestrado

Realizada Por:Alexandre Augusto Carvalho Roas

Blumenau 2012

Dissertao submetida

faculdade de Engenharia da

Universidade do Porto como

requisito para a obteno do

Grau de Mestre em

Engenharia electrotcnica e

de computadores.

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Resumo

Este documento corresponde ao relatrio de dissertao intitulado Anlise de

Qualidade e Processos de Bobinagem de Motores de Baixa Tenso, realizado para aprovao

s disciplinas de Estgio Supervisionado e Trabalho de Concluso de curso do curso deEngenharia Eltrica da Fundao Universidade Regional de Blumenau; em parceria com a

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto.

O princpio de funcionamento de um motor eltrico baseado na interao entre

campos magnticos originados por correntes eltricas que fluem pelos enrolamentos do

motor. A construo dos enrolamentos, a maneira como os enrolamentos so ligados,

determina os modos de operao e o tipo da mquina eltrica.

Este documento tem o fundamento de exemplificar todas as etapas que decorrem no

processo de bobinagem de um motor.

Estando-se num mercado extremamente exigente e competitivo, no se podia deixar decitar a importncia da qualidade em todo o processo produtivo, quer pela diminuio de

defeitos atravs da realizao de diversos testes certificados por normas IEC e IEEE/ANSI em

diferentes etapas do processo de bobinagem, quer atravs de aces preventivas para se

atingir nveis de qualidade cada vez mais satisfatrios.

Este documento descreve ainda possveis reas de atuao para promover uma melhoria

no processo de bobinagem dos motores eltricos para a reduo de custos atravs da

otimizao de recursos utilizados.

Todo o trabalho apresentado foi feito com o autor integrado no projeto de uma nova

unidade fabril da WEG.

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Abstract

This document corresponds to the report of the dissertation Quality Analyses and

winding processes of low voltage electrical motors, made for approval to the disciplines of

supervised work and final work to complete the Course of Electrical Engineering of theRegional University of Blumenau in partnership with Faculty of Engineering of the University

of Porto.

The principle operation of an electrical motor is based in the interaction between

magnetic fields, generated by electric currents that flow through the motor windings. The

windings construction, the way the windings are connected, determine the operating modes

and type of electrical machines.

This document intends to illustrate all the steps involved in the winding process of a

motor.

In presence of a highly demanding and competitive market, could not fail to highlight

the role that quality is in the process, with regard to reduction of defects by performingseveral tests certified by the IEC and IEEE standards at different stages of winding process, or

through preventive actions to achieve levels of quality increasingly satisfactory.

This dissertation also describes possible areas to act in order to improve the winding

process of electrical motors, with regards to cost reduction through optimization of used

resources.

All the presented work was done with the author integrated into the design of a new

factory WEG.

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Agradecimentos

Um curso superior faz-se com muita dedicao, fora de vontade e com muito trabalho,

por vezes existem momentos na vida acadmica, em que se torna menos fcil gerir um misto

de emoes, no entanto a que entram as pessoas que fazem a diferena na nossa vida, no

posso assim de deixar de agradecer a todas essas pessoas das quais destaco.

Em primeiro lugar minha famlia que apesar de ter uma vida atribulada nunca deixaram

de ter uma palavra de incentivo, de amor, nunca em momento algum perderam a confiana

depositada em mim a eles o meu MUITO OBRIGADO por serem uma famlia maravilhosa.

Ao meu orientador, o Prof. Doutor Srgio Henrique Lopes Cabral pela boa disposio, pela

disponibilidade, apoio e dedicao durante a realizao deste trabalho.

Ao meu co-orientador o Prof. Doutor Carlos Manuel Arajo S, por todo o apoio pela

amizade, pela confiana depositada em mim e por ter tornado possvel o meu estgio naWEG.

Queria ainda destacar todo o apoio incondicional e ainda os bons momentos passados na

companhia dos grandes amigos que fiz ao longo do meu percurso acadmico, amigos esses que

com certeza sero para toda a vida. Quero destacar o Sandro Vale, Samuel Cunha, Pedro

Pinto, Andr Quintino e o Nuno Matos.

Quero tambm deixar a minha palavra de agradecimento aos colegas de casa de Jaragu

do Sul pelos momentos passados, pela recepo e pela amizade destaco assim o Alexandro

Obalski, Cristian Boeck e Rafael Boeck.

No podia tambm deixar de agradecer s pessoas com quem lidei da fabrica 3 parquefabril 2 da WEG pela ajuda, pela amizade, pelos bons momentos passados, destaco Giovani

Beltrame, Rodrigo Socha, Rodrigo Muller, Cristiano Venturi, Mrio Reiguel, Jean Paris, Evelise

Kretzfeld , Arildo Xavier, Osanir Santos, Francisco Costa.

Por fim agradecer Filipa, pela pacincia, pelos momentos partilhados, pelas palavras de

conforto, por toda a confiana depositada e pelas palavras encorajadoras que foram parte da

minha fora para conseguir concluir um curso superior a ela o meu muito obrigado.

Muito obrigado a todos aqueles que contriburam para a realizao deste trabalho.

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ndice

Resumo ............................................................................................. v

Abstract ............................................................................................ vii

Agradecimentos .................................................................................. ix

ndice ............................................................................................... xi

Lista de figuras .................................................................................. xiv

Lista de tabelas e grficos:.................................................................... xvi

Abreviaturas e Smbolos ..................................................................... xviii

Captulo 1 .......................................................................................... 1

Introduo ......................................................................................................... 11.1 - Enquadramento ........................................................................................ 11.2 - Contextualizao Histrica ........................................................................... 21.3 - Evoluo do Motor Eltrico ........................................................................... 31.4 - Objectivos ............................................................................................... 41.5 - Estrutura da Dissertao.............................................................................. 4

Captulo 2 .......................................................................................... 5

Mquinas Eltricas Rotativas ................................................................................... 52.1 - Introduo ............................................................................................... 52.2 - Motor de induo Trifsico: .......................................................................... 7

2.2.1 - Aspetos construtivos do M.I.T ................................................................. 7

2.2.2 - Princpio de Funcionamento M.I.T ........................................................... 9

2.2.3 Concluso ....................................................................................... 13

Captulo 3 ......................................................................................... 14

Bobinagem Motores B.T. ...................................................................................... 143.1 - Introduo ............................................................................................. 143.2 - Fios para bobinagem ................................................................................ 14

3.2.1 - Processo de Esmaltao ...................................................................... 15

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3.2.2 - Processo de Lubrificao .................................................................... 16

3.2.3 - Ensaios em fios ................................................................................ 163.3 - Circuito Magntico................................................................................... 17

3.3.1 Perdas no Circuito Magntico ............................................................... 17

3.3.2 Mtodos de reduo de perdas magnticas .............................................. 18

3.3.3 - Construo dos pacotes de chapas de motores de baixa tenso: .................... 193.4 - Sistema de Isolao Motores Eltricos ........................................................... 20

3.4.1- Classe trmica de materiais isolantes: ..................................................... 20

3.4.2- Materiais isolantes utilizados e caractersticas. .......................................... 21

3.4.3 Processos de Impregnao:.................................................................... 223.5 -Terminologia associada bobinagem ............................................................. 243.6- Tipos de Enrolamentos .............................................................................. 253.7Ranhuras e tipos de Camadas ...................................................................... 263.8Nmero de bobinas por grupo: ..................................................................... 273.9 - Associao Grupos de Bobinas ................................................................... 29

3.9.1 - Interligao em Srie: ........................................................................ 293.9.2 - Interligao em paralelo: .................................................................... 30

3.10 - Formao de polos ................................................................................. 323.11 - Clculos associados bobinagem de motores ................................................ 343.12 - Desenho de esquemas trifsicos................................................................. 36

3.12.1- Dimensionamento de bobinas .............................................................. 37

Captulo 4 ......................................................................................... 41

Qualidade no Processo de Fabricao de Motores de B.T .............................................. 414.1 Defeitos na Bobinagem ........................................................................... 42

4.1.1 - Principais defeitos no processo de fabrico de motores eltricos: .................... 434.2 - Ensaios realizados para a reduo de refugo de cobre ...................................... 45

Captulo 5 ......................................................................................... 56

Ensaios Realizados Motores Elctricos B.T ................................................................ 565.1 Introduo ............................................................................................ 565.2 Tipo de testes realizados em estatores bobinados: ........................................... 575.3 - Testes realizados no laboratrio: ............................................................... 665.4 Outros testes: ........................................................................................ 75

Captulo 6 ......................................................................................... 79

Concluso e perspectivas de trabalhos futuros ........................................................... 79

Referncias ....................................................................................... 80

Anexo A .......................................................................................................... 81

Desenho de Esquemas Trifsicos ............................................................................ 81

Exemplo: ........................................................................................................ 81

Especificaes do Motor: ..................................................................................... 81

Anexo A ............................................................................................ 85

Fluxograma Processo de Bobinagem........................................................................ 85

Anexo B ............................................................................................ 86Mtodo Proposto Reduo Refugo de Cobre nas Bobinadeiras. ....................................... 86

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Anexo C ............................................................................................ 87

Motor Dahlander ............................................................................................... 87D.1 - Introduo: ........................................................................................... 87

D.1.1 - Mudana do nmero de Polos: .............................................................. 90

D.1.2 - Ligao das fases na ligao dahlander ................................................... 90

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Lista de figuras

Figura 1.1Evoluo do motor trifsico AEG. Relao Peso/Potncia (Motor trifsico de 4Kw

e 2 Plos).

Figura 2.2Classificao das mquinas elctricas rotativas.

Figura 1.2Constituio do Motor de Induo Trifsico.

Figura 1.3Exemplo de estatores em diferentes etapas do processo de fabricao.

Figura 1.4Rotor bobinado.

Figura 1.5Rotor gaiola de esquilo.

Figura 1.6Ligao de trs enrolamentos de um sistema trifsico configurao estrela.

Figura 1.7Diagrama temporal de um sistema trifsico de Campos Magnticos.

Figura 1.8Campo girante provocado por um sistema trifsico de correntes em trs instantest1, t2 e t3.

Figura 3.1Processo de trefilao.

Figura 3.2Fio WEG gerao 2.

Figura 3.3Fio WEG gerao 3.

Figura 3.4Empacotamento de chapas do circuito magntico.

Figura 3.5Grampeamento.

Figura 3.6Soldagem.

Figura 3.7Auto- Empacotamento.

Figura 3.8Elementos constituintes de um enrolamento.

Figura 3.9Diferentes tipos de enrolamentos.Figura 3.10Exemplo de ranhura de camada nica.

Figura 3.11Exemplo de ranhura de camada dupla.

Figura 3.12Ligao de grupo em srie (motor 8 plos).

Figura 3.13Interligao de grupos em srie (motor 4 plos).

Figura 3.14Interligao de grupos em paralelo.

Figura 3.15Interligao de grupos em paralelo (2 paralelo).

Figura 3.16Interligao de grupos em paralelo (3 paralelo).

Figura 3.17Interligao de grupos em paralelo (4 paralelo).

Figura 3.18Interligao de grupos em paralelo (4 paralelo).

Figura 3.19Interligao de grupos em paralelo (6 paralelo).Figura 3.20Ligao em paralelo dos grupos em sequncia direta.

Figura 3.21Ligao em srie dos grupos em sequncia direta.

Figura 3.22Ligao em paralelo dos grupos/ ligao em oposio.

Figura 3.23Ligao em srie dos grupos / ligao em oposio.

Figura 3.24Grupo de bobinas concntricas com nmero mpar de bobinas.

Figura 3.25Grupo de bobinas concntricas com nmero par de bobinas.

Figura 5.1Forma de onda padro vs forma de onda com defeito surge test.

Figura 5.2Forma de onda para estator sem defeito.

Figura 5.3Curto-circuito entre espiras.

Figura 5.4Curto-circuito entre bobinas mesma fase.Figura 5.5Curto-circuito parcial entre fases.

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Figura 5.6Curto-circuito total entre fases.

Figura 5.7Ligao errada das bobinas.

Figura 5.8Ligao invertida das bobinas.

Figura 5.9Ligao de bobina aberta.

Figura 5.10Curto-circuito parcial para massa do estator.

Figura 5.11Curto-circuito total para a massa do estator.

Figura 5.12Grfico de classes de Isolamento.

Figura 5.13Circuito Equivalente por fase referido ao estator.

Figura 5.14 Esquema de ligao dos equipamentos dos ensaios em vazio e rotor travado

teste.

Figura 5.15Grfico Corrente e Binrio em funo da velocidade do motor.

Figura 5.16Loop Test Carcaa Completa (Carcaa + Estator).

Figura A.1Esquema de Ligao do Primeiro Grupo de Bobina Fase R.

Figura A.2Esquema de Ligao 2 Grupo da Fase R.

Figura A.3Esquema de Ligao 1 Grupo Fase S.

Figura A.4Loop Esquema de Ligao 2 Grupo Fase S.

Figura A.5Esquema de Ligao 1 Grupo Fase T.

Figura A.6Esquema de Ligao 2 Grupo Fase T.

Figura D.1Ligao das bobinas com formao do maior nmero de plos.

Figura D.2Ligao das bobinas com formao do menor nmero de plos.

Figura D.3Ligaes na caixa de ligao para configurao de dupla velocidade.

Figura D.4Configuraes possveis de ligao para dupla velocidade.

Figura D.5Ligaes na caixa de ligao para configurao de dupla velocidade.

Figura D.6Configuraes possveis de ligao para dupla velocidade.

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Lista de tabelas e grficos:

Tabela 3.1Classes trmicas materiais isolantes pela Norma IEC 60085.

Tabela 3.2Materiais isolantes utilizados e principais caractersticas.

Tabela 1.3Clculos associados bobinagem.

Tabela 1.4Relao entre o nmero de polos com o nmero de grupos de bobina por fase.

Tabela 1.5Dados para a escolha ou para se alterar o passo do enrolamento.

Tabela 1.6 Fator de enchimento em funo da rea da ranhura.

Tabela 4.1Quantidade de Motores produzidos no perodo de estudo por carcaa.

Tabela 4.2Dados de produo FAB III 2011 motores testados.

Tabela 4.3Produo 2011 em funo das bitolas dos cabos de ligao.

Tabela 4.4Mdias dos dados recolhidos vs dados motores de teste.Tabela 4.5Estudo econmico com base valores recolhidos.

Tabela 5.1Valores de tenso DC a aplicar no ensaio da resistncia de isolamento em funo

da tenso estipulada da mquina.

Tabela 5.2 Critrio de avaliao do isolamento em funo do valor de resistncia de

isolamento medida.

Tabela 5.3Avaliao do isolamento da mquina em funo do ndice de absoro e ndice

de polarizao.

Tabela 5.4Tipo de Chapas utilizadas na fabricao de motores eltricos WEG.

Grfico 4.1Percentual de cada tipo de defeitos

Grfico 4.2Percentual de motores com defeitoGrfico 4.3Comprimento de pontas cortadas / 2 Polos ligao srie

Grfico 4.4Comprimento excesso pontas em relao N.O

Grfico 4.5Refugo de Cobre 2 polos ligao srie

Grfico 4.6Comprimento de pontas cortadas / 2 Polos 2 paralelo

Grfico 4.7Comprimento excesso pontas em relao N.O

Grfico 4.8Refugo de Cobre (kg)

Grfico 4.9Comprimento de pontas cortadas /4 Polos 2 paralelo

Grfico 4.10Comprimento excesso pontas em relao N.O

Grfico 4.11Refugo de Cobre (kg)

Grfico 4.12Comprimento de pontas cortadas / 4 polos 2 paraleloGrfico 4.13Comprimento excesso pontas em relao N.O

Grfico 4.14Refugo de cobre

Grfico 4.15Resumo pontas cortadas para cada tipo de motor.

Grfico 4.16Resumo de quantidade cobre cortado para cada tipo de motor

Grfico 4.17Produo por tamanho de carcaa

Grfico 4.18% Motores testados vs % motores no testatos.

Grfico 4.19% de cada familia de motores testados

Grfico 4.20Poupana de Cobre para os motores testados (Kg)

Grfico 4.21Poupana anual considerando-se os motores testados (R$)

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Abreviaturas e Smbolos

Lista de abreviaturas:

B.T Baixa tenso

C.C Curto - Circuito

FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

FURB Fundao Universidade Regional de Blumenau

N.O Nota de operao

MIT Motor de Induo Trifsico

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

IEC International Eletrical ComissionANSI American National Standards Institute

C.A Corrente alternada

D.C Corrente contnua

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Captulo 1

Introduo

Neste captulo ser feita uma introduo ao presente trabalho por forma a explicar o

enquadramento do projecto, os seus objectivos e a estrutura adoptada na sua elaborao.

1.1 - Enquadramento

Este trabalho de dissertao em Engenharia Electrotcnica e de Computadores foi

realizado no mbito de uma parceria entre a Faculdade de Engenharia da Universidade do

Porto (FEUP), a Fundao Universidade Regional de Blumenau (FURB) e a WEG equipamentos

eltricos S.A.

A WEG - fundada em 1961, por Werner Ricardo Voigt, Eggon Joo da Silva e Geraldo

Werninghaus baseia a sua estratgia de atuao para alm dos motores eltricos, na oferta de

um servio global de equipamentos de comando e proteco, variao de velocidade,

automao de processos industriais, gerao e distribuio de energia, tintas e vernizes

industriais. Tem a sua principal sede no Brasil em Jaragu do Sul, cidade onde nasceu. A

empresa tem como principais valores a companhia humana, o trabalho em equipa, eficincia,

flexibilidade, inovao e liderana. Aposta numa relao de proximidade entre todos os seus

colaboradores o que fomenta um esprito de entre ajuda e de companheirismo saudvel para

o bom funcionamento da empresa. Produzindo inicialmente motores eltricos, a WEG

comeou a ampliar as suas actividades a partir da dcada de 80, com a produo de

componentes eletroeletrnicos, produtos para automao industrial, transformadores de

fora e distribuio, tintas lquidas e em p e vernizes eletro isolantes. Tornando-se numa

multinacional brasileira de referncia.

A bobinagem de motores um processo chave para o fabrico de motores eltricos, a

maneira como um motor bobinado determina as caractersticas de funcionamento

nomeadamente binrio nominal, velocidade de rotao, binrio de arranque, corrente

nominal, corrente de arranque.

Este trabalho de concluso de curso feito em ambiente empresarial na fbrica 3 do

parque fabril 2 da WEG onde so feitos os motores das carcaas 225/250 e 280/315. (Entenda-

se por tamanho da carcaa a altura de eixo Hdesde a base dos ps at ao centro do eixo domotor).

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2 Contextualizao Histrica

1.2 - Contextualizao Histrica

Estima-se que o ano de 1866 possa ser considerado em termos prticos, como o ano do

nascimento da mquina eltrica, pois foi nessa data que o cientista alemo Werner Siemens

inventou o primeiro gerador de corrente continua auto- induzido. No entanto toda a evoluodo motor eltrico ascende a quase trs sculos de estudos, pesquisas e invenes de muitos

outros cientistas. So assim de salientar as principais datas histricas:

No ano de 1600 o cientista ingls William Gilbert publicou em Londres, a obra intitulada

De Magnete, descrevendo a fora de atraco magntica.A primeira mquina eletroesttica

foi construda em 1663, pelo alemo Otto Guericke, e aperfeioada em 1775 pelo suo Martin

Planta. Hans Christian Oersted fsico Dinamarqus ao fazer experincia com correntes

eltricas, verificou, em 1820, que a agulha magntica de uma bussola era desviada da sua

posio quando esta passava perto de um condutor no qual circulava corrente eltrica esta

observao iria permitir reconhecer a ntima relao entre magnetismo e electricidade.

Em 1825 seria o Ingls William Sturgeon suportando-se na descoberta de Oersted adescobrir que um ncleo de ferro envolto por um fio condutor eltrico, transformava-se num

man quando se aplicava uma corrente eltrica, observando ainda que a fora do man

cessava assim que a corrente eltrica fosse interrompida.

Estava assim inventado o electroman e seria esta descoberta mais uma pea

fundamental para a construo de mquinas eltricas girantes. Mas as descobertas

envolvendo magnetismo e eletricidade no ficariam por aqui, em 1832, o cientista italiano S.

Dal Negro construiu a primeira mquina de corrente alternada com movimento de vaivm. Em

1833 o ingls W. Ritchie inventou o comutador, construindo um pequeno motor eltrico onde

o ncleo de ferro enrolado girava em torno de um man permanente, para dar uma rotao

completa, a polaridade do electroman era alternada a cada meia volta atravs do

comutador.

A inverso da polaridade tambm foi demonstrada pelo mecnico parisiense H. Pixii ao

construir um gerador com um man em forma de ferradura que girava diante de duas bobinas

fixas com um ncleo de ferro. A corrente alternada era transformada em corrente contnua

pulsante atravs de um comutador. S em 1866 Siemens construiu um gerador sem a

utilizao de um man permanente, provando assim que a tenso necessria para o

magnetismo podia ser retirada do prprio enrolamento do rotor, isto , que a mquina podia

auto-excitar-se.

O primeiro dnamo de Werner Siemens possua uma potncia de aproximadamente 30

watts e uma rotao de 1200 rpm. A mquina de Siemens no funcionava s como gerador de

electricidade, podia tambm operar como motor eltrico desde que se aplicasse aos seus

bornes uma corrente contnua.

No ano de 1879, a firma Siemens & Halske apresentou, na feira industrial em Berlim, a

primeira locomotiva eltrica, com uma potncia de 2 kW. No entanto esta nova mquina de

corrente contnua apresentava vantagens em relao mquina a vapor, roda dgua e

fora animal entretanto, o alto custo de fabricao a sua vulnerabilidade em servio (por

causa do comutador) marcaram-na de tal modo que muitos cientistas dirigiram as atenes

para o desenvolvimento de um motor eltrico mais barato, mais robusto e de menor custo de

manuteno.

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Evoluo do Motor Eltrico 3

Foi assim que surgiram uma srie de pesquisadores preocupados com esta ideia

destacaram-se assim o jugoslavo Nicola Tesla, o italiano Galileu Ferraris e o russo Michael von

Dolivo Dobrowolsky. Os esforos no se resumiram apenas ao aperfeioamento do motor de

corrente continua, mas tambm ao estudo de sistemas de corrente alternada, cujas

vantagens j eram conhecidas desde 1881.

Em 1885, o engenheiro electricista galileu Ferraris construiu um motor de corrente

alternada de duas fases. Ferraris, apesar de ter inventado o motor de campo girante, concluiu

erradamente que motores construdos segundo este princpio, poderiam no mximo atingir um

rendimento de 50 %. Em 1887 Tesla apresentou um pequeno prottipo de motor de induo

bifsico com rotor em curto- circuito no entanto o motor continuou com baixo rendimento o

que levou a abandonar-se este sistema durante algum tempo.

Foi o engenheiro electricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, que, persistindo na

pesquisa do motor de corrente alternada entrou em 1889 com um pedido de patente de um

motor trifsico com rotor em gaiola. O motor tinha uma potncia de 80 Watts e um

rendimento aproximado de 80 % e um bom binrio de partida.

As vantagens do motor em gaiola em relao aos motores de corrente contnua eram

muitas, nomeadamente, construo mais simples, silencioso, menor manuteno e alta

segurana em operao. Dobrowolsky desenvolveu em 1891, a primeira fbrica em srie de

motores assncronos, nas potncias de 0,4 a 7,5 kW. [3]

1.3 - Evoluo do Motor Eltrico

O desenvolvimento de condutores esmaltados, dos papis ou filmes isolantes sintticos,

das chapas magnticas, das ligas de alumnio e dos materiais plsticos, contriburamativamente para a reduo da relao peso potncia dos motores eltricos como mostra a

figura 1.1. Pode-se observar que o motor actual tem apenas 8 % do peso do seu antecessor em

1891. A reduo do peso dos motores conduziu a que estes tivessem um menor tamanho (para

uma mesma potncia) de aproximadamente 20 % a cada dcada, com excepo das ltimas

dcadas onde a reduo foi menos acentuada. Esta evoluo tecnolgica caracterizada

principalmente, pelo desenvolvimento de novos materiais isolantes, que suportam

temperaturas mais elevadas.

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4 Objectivos

Figura 1.1Evoluo do motor trifsico AEG. Relao Peso/Potncia (Motor trifsico de 4Kw e 2 Plos)

1.4 - Objectivos

Este trabalho teve como principal objectivo a Anlise de Qualidade e Processos de

Bobinagem em Motores de Baixa Tenso e como requisitos:

Identificar processos de fabrico associados bobinagem de motores BT.

Identificar reas de interveno da Engenharia de Processos.

Analisar os diferentes processos, mtodos e problemticas associadas.

Identificar os processos de controle de qualidade existentes em cursos de fabrico de

motores BT. Identificar reas de interveno da engenharia de qualidade.

1.5 - Estrutura da Dissertao

Para alm deste captulo introdutrio, este documento constitudo por mais cinco

captulos.

No Captulo 2, fez-se uma introduo s mquinas eltricas rotativas. Foi dado especialenfse ao motor de induo Trifsico: as leis que o regem, o seu funcionamento, as suas

caractersticas e aplicaes.

No Captulo3, procedeu-se ao estudo e exposio de temas relacionados com a

bobinagem de motores B.T.

No Captulo 4, apresentada a questo da qualidade no processo de fabricao de

motores B.T.

No Captulo 5Erro! A origem da referncia no foi encontrada., dada continuidade

uesto da qualidade, para isso ser apresentado os testes realizados a motores de induo de

B.T.

No Captulo 6, so apresentadas as concluses do trabalho e as perspectivas de trabalhofuturo.

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5

Captulo 2

Mquinas Eltricas Rotativas

2.1 - Introduo

No acionamento de cargas mecnicas utilizam-se motores elctricos, que so mquinas

capazes de promover uma transformao de energia elctrica em energia mecnica. grande

a variedade de mquinas elctricas existentes actualmente na indstria, no comrcio e para

aplicaes domsticas. Consequentemente, a diversidade de tarefas a efectuar, as condies

de utilizao, caractersticas dos locais tipos de corrente elctrica e exigncias econmicas

impem, caso a caso, caractersticas especificas para cada mquina. No domnio das

mquinas elctricas a primeira a ser utilizada foi a de corrente contnua, j que adistribuio de energia inicialmente era feita em C.C. A generalizao da utilizao das

mquinas elctricas em corrente alternada deu-se com a descoberta do transformador,

dispositivo este que apenas funciona em corrente alternada o que conduziu a que o

transporte de energia fosse feito maioritariamente em corrente alternada. Actualmente a

esmagadora maioria das mquinas rotativas alimentada em corrente alternada. H casos no

entanto em que a mquina de corrente contnua desempenha ainda um papel importante.

Existem diversos factores elctricos e mecnicos que condicionam a escolha de uma

determinada mquina eltrica rotativa de entre os quais destacam-se:

Aspectos eltricos:

Tipo de corrente de alimentao (contnua ou alternada)

Tenso utilizada

Frequncia ou gamas de frequncia

Potncia til

Corrente estipulada

Corrente de arranque

Rendimento

Factor de potncia

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6 Mquinas Eltricas Rotativas

Aspectos mecnicos:

Velocidade ou gamas de velocidade

Binrio de arranque

Binrio resistente

Factor de servio

Sistemas de refrigerao

Aspectos construtivos diversos

Estes aspectos so extremamente importantes quando se pretende escolher uma

mquina, nomeadamente na questo da diminuio da corrente de arranque, facilidade de

controlo da velocidade de rotao e quanto ao valor do binrio de arranque necessrio para

arrancar uma determinada carga. Como se pode constatar pela figura 2.1existe uma grande

diversidade de mquinas elctricas rotativas quanto sua constituio e funo.

Figura 2.1Classificao das mquinas elctricas rotativas

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Motor de induo Trifsico: 7

2.2 - Motor de induo Trifsico:

O motor de induo trifsico a mquina de corrente alternada mais utilizada nos

sistemas de accionamento electromecnicos. Isto deve-se s suas qualidades de robustez e

simplicidade de manuteno. Este motor tem vindo gradualmente a substituir os motoreselctricos de colectores de lminas nas suas aplicaes tpicas. [4]

Com o avanar do tempo foi possvel explorar melhor o MIT desenvolvendo-se estratgias

de controlo de velocidade o que permite uma boa adaptao s caractersticas de

funcionamento para as diversas cargas mecnicas accionadas.

O MIT uma mquina eltrica de corrente alternada, com o circuito eltrico de uma parte

ligado a um sistema de alimentao trifsico, e com o circuito eltrico da outra parte

submetido induo magntica criada pela circulao de correntes nos enrolamentos

estatricos. Normalmente o circuito eltrico indutor encontra-se no estator da mquina,

enquanto o circuito induzido est no rotor da mquina.

2.2.1 -Aspetos construtivos do M.I.T

O motor de induo trifsico essencialmente constitudo pelas seguintes partes:estator, rotor, carcaa (estrutura mecnica)figura 2.2.

Figura 2.2Constituio do Motor de Induo Trifsico

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8 Mquinas Eltricas Rotativas

2.2 .1 .1 - Es tator

O estator do motorfigura 2.2 constitudo por um empacotamento de chapas de ferro

magntico silicioso, com baixa densidade de perdas magnticas que forma o circuito

magntico estatrico. As chapas tm uma forma de coroa circular ranhurada na periferia

interior e so revestidas de um verniz isolante. As ranhuras so semifechadas, e destinam-se

a conter os condutores do circuito eltrico estatrio. Entre o conjunto de chapas magnticas

podem existir canais de ventilao, que serviro para a passagem do ar de refrigerao. O

circuito eltrico estatrico formado por trs bobinas desfasadas no espao de 2 /3 rad.

eltricos e destinam-se a ser alimentadas por cada uma das fases de um sistema trifsico. Os

condutores elctricos que formam as diversas espiras das bobinas so isolados com esmalte.

Estes podem estar dispostos em duas camadas na ranhura isolados entre si e tambm isolados

do material magntico, por um material isolante plstico que forra a parte interior daranhura. O enchimento da ranhura completado por regletes plsticas (estecas).

Figura 2.3Exemplo de estatores em diferentes etapas do processo de fabricao.

2.2 .1 .2 - Ro tor

O ncleo magntico rotrico tambm folheado e construdo com o mesmo tipo de

chapa magntica utilizada no ncleo estatrio. As chapas magnticas tm a forma de coroas

circulares que possuem ranhuras perto da periferia exterior. O nmero de ranhuras rotricas

est ligada ao nmero de ranhuras estatricas para se evitar o aparecimento de rudo no

funcionamento do motor.

O rotor pode ser do tipo gaiola de esquilo figura 2.5ou pode ser bobinadofigura 2.4.

O rotor em gaiola de esquilo constitudo por uma gaiola de alumnio, dopado de uma

pequena percentagem de impurezas, que so obtidas na injeco. Trata-se de um circuito

eltrico polifsico em curto-circuito permanente, constitudo com um material com muito

menor resistividade do que o material ferromagntico em que est envolvido, por esse motivoos condutores da gaiola no esto envolvidos por qualquer tipo de material isolante. Quando

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Motor de induo Trifsico: 9

o circuito rotrico em cobre, as barras de cobre so colocadas manualmente nas ranhuras e

os anis de topo so ligados s barras por soldadura a alta frequncia. As barras so travadas

nas ranhuras para evitar vibraes durante o funcionamento do motor de induo trifsico.

O circuito eltrico de um motor de induo com rotor bobinado contacta com a parte

fixa da mquina atravs de um sistema colector de anis escovas. Desta forma possvelalterar-se o valor dos parmetros (resistncia rotrica) durante o funcionamento da mquina.

2. 2. 1. 3 - Es tru tur a me cn ica

O rotor da mquina colocado a quente no eixo da mquina, sendo este fabricado por

torneamento em ao. O veio apoia-se em mancais de rolamento colocados nas tampas da

carcaa. O MIT pode ser construdo para funcionar com o eixo em posio horizontal, em

posio vertical ou inclinado. O motor pode estar assente em patas ou sobre flange.

A parte rotrica e a parte estatrica encontram-se envolvidas do meio exterior por uma

carcaa, que pode ser em alumnio injectado a baixa ou alta presso, de ferro fundido ou em

chapas de ao soldada.

2.2.2 - Princpio de Funcionamento M.I.T

2. 2. 2. 1 - Cam po gir ant e ge ra do po r um si st em a trifsi co

Ser visto como que a partir de um conjunto de trs bobinas colocadas no estator

deslocadas entre si de 120, alimentadas por um sistema trifsico de correntes tal como se

sugere na figura 2.6, possvel criar-se um campo girante. As trs fases para o exemplo

apresentado esto ligadas em estrela, no entanto poderiam estar ligadas em tringulo. Um

sistema trifsico de correntes (i1,i2,i3) cria um sistema trifsico de campos magnticos

(h1,h2,h3).

Fi ura 2.4Rotor Bobinado Figura 2.5Rotor gaiola de Esquilo

Anis de to o

Rotor em

alumnio

fundido

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10 Mquinas Eltricas Rotativas

Expresses das correntes e dos campos magnticos num sistema trifsico:

(2.1)

(2.2) Tendo-se em conta a expresso 2.2e afigura 2.7verifica-se que os trs campos evoluem

sinusoidalmente no tempo, passando cada um deles sucessivamente por um mximo,

desfasados entre si de 120 ou 1/3 de perodo.

No instante t1, h1 mximo enquanto h2e h3tm sentidos contrrios a h1, sendo iguais

entre si e iguais a h1/2 (em mdulo).

No instante t2 temos que h2 mximo enquanto h1 e h3 tm sentidos contrrios a h2,

sendo iguais entre si e iguais a h2/2 (em mdulo).

No instante t3 temos que h3 mximo enquanto h1 e h2 tm sentidos contrrios a h3,

sendo iguais entre si e iguais a h3/2 (em mdulo).

Fi ura 2.6Li a o de trs enrolamentos de um sistema trifsico confi ura o estrela.

Figura 2.7Diagrama temporal de um sistema trifsico de Campos Magnticos

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Motor de induo Trifsico: 11

Fazendo-se agora a representao vectorial destas trs grandezas ( , , ) para cadaum dos instantes considerados (t1, t2, t3) e calculando-se a soma vectorial dos trs vectores

possvel obter-se as representaes vectoriais da figura 2.8.

Quando h1 mximo positivo (instante t1) o vector sai da bobina respectiva (bobinab1) em direco ao interior da mquina. No mesmo instante, sendo h2e h3negativos, ento os

seus sentidos, relativamente s respectivas bobinas (b2e b3), so contrrios, os vectores e entramnas bobinas.Nos instantes t2 e t3 ocorrem situaes semelhantes, mas nesta situao os valores

mximos so os de h2e h3, respectivamente.

Em cada instante o valor de hrtem o mesmo comprimento. O mdulo de h r:

(2.3)Pode-se verificar que por exemplo no instante t1, a soma vectorial de h2com h3d um

vector cujo comprimento igual ao de h2ou de h3, portanto metade de h1.

(2.4)

Pode-se observar pelafigura 2.8, que nos trs instantes considerados (t1,t2,t3), o vector

resultante hrfoi rodando num determinado sentido apresentando sempre o mesmo valor.

Se por ventura se utilizasse outros instantes de tempo, obter-se-ia de igual modo o

mesmo valor de hr com o mesmo comprimento e rodando no mesmo sentido.

Conclui-se que um sistema trifsico de tenses cria um campo magntico girante de valor hr=

3/2hmx.

O sentido de rotao do campo para o caso ilustrado de 1-2-3, caso a sucesso de fasesfosse trocada 1-3-2, o campo girante passaria a rodar em sentido contrrio. A situao

ilustrada para o campo girante de um sistema formado por trs bobinas explicada em

pormenor pelo teorema de ferraris.

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12 Mquinas Eltricas Rotativas

2.2 .2 .2 - O de sl iz am ent o do mot or de in du o trifsico

A tenso induzida no rotor de um motor de induo depende da velocidade do rotor

relativamente ao campo magntico. Visto que o comportamento do motor de induo

depende da tenso e corrente no rotor, usual falar-se da velocidade relativa. Este

movimento relativo do rotor e do campo magntico normalmente definido pela velocidade

de deslizamento e pelo deslizamento em si. Podemos obter estes parmetros com as

seguintes frmulas:

(2.5)

(2.6)

onde a velocidade de deslizamento da mquina, a velocidade do campomagntico, a velocidade do rotor e s o deslizamento.

No funcionamento como motor, este deslizamento assume valores de 0 a 1, sendo

praticamente igual a 0 quando o motor se encontra a funcionar em vazio (nr0= ns) e sendo

igual a 1 quando o rotor se encontra travado (nr=0).

Figura 2.8Campo girante provocado por um sistema trifsico de correntes em trs instantes t1, t2 e t3.

t1t2 t3

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Motor de induo Trifsico: 13

2.2.3 Concluso

Dadas as caractersticas enunciadas, o motor de induo trifsico apresenta-se assim

como uma escolha vivel para a aplicao nas mais diversas reas. Estima-se que entre 80 a

85 % de todos os motores utilizados no mundo sejam motores de Induo trifsicos. [5]O MIT leva vantagem sobre os demais motores dadas as suas caractersticas construtivas,

a sua robustez e baixa manuteno. No entanto este motor apresenta como principal

desvantagem o controlo de velocidade. Muitos inversores de frequncia utilizados para alm

de possurem um custo elevado, sujeitam o motor a tenses harmnicas que se no forem

correctamente acauteladas provocam aumento de perdas e temperatura, aumento dos nveis

de vibrao e rudo, perda de rendimento e possibilidade de degradao do material isolante.

No entanto estes efeitos indesejveis tm vindo a ser melhorados com o aperfeioamento da

electrnica de potncia, mtodos de controlo de velocidade por actuao na magnitude e

posio do vector espacial do fluxo(controlo vectorial) permitindo controlo de torque com

a variao da velocidade do motor. [7]

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14 Bobinagem Motores B.T.

Captulo 3

Bobinagem Motores B.T.

3.1 - Introduo

A Bobinagem uma das partes principais na fabricao dos motores e geradores. Esta

etapa na fabricao de motores e geradores constituda de vrios processos. No anexo A

apresentado um fluxograma de todo o processo. Na maioria das vezes o processo de fcil

execuo. No entanto so necessrios alguns cuidados especiais. A forma como um motor

bobinado determina o seu desempenho. Os motores de induo trifsicos de baixa tenso

para aplicaes generalistas so fabricados com 2,4,6,8,10,12 plos. Tipicamente existem

motores com 24,36,48,54 ou 72 ranhuras. As bobinas so confeccionadas em fio de cobreelectroltico esmaltado, este esmalte tem a finalidade de proporcionar isolamento eltrico

entre as diversas espiras de uma bobina e entre as espiras e as chapas do circuito magntico

do estator. Em todo o processo de bobinagem os materiais isolantes assumem um papel de

elevada importncia como ser visto.

3.2 - Fios para bobinagem

Os fios utilizados na bobinagem so considerados de elevada importncia para o

desempenho do motor, sendo tambm o elemento mais sensvel entre os demais

componentes. O cobre o principal metal utilizado para a fabricao de fios por apresentar

uma alta condutividade eltrica (59,6 106 S/m), maleabilidade e resistncia corroso. O

cobre tambm pode ser soldado com facilidade por apresentar um ponto de fuso em torno

de 1084 C. O alumnio no entanto, tende a ser uma alternativa vivel substituio do

cobre, por possuir um custo mais baixo. Alm disso, por ser mais leve que o cobre permite

reduzir o peso dos motores e facilitar o processo de trefilao figura 3.1por ser mais fcil o

seu manuseio.

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Fios para bobinagem 15

Figura 3.1 Processo de trefilao.

O processo de trefilao consiste na trao de um fio de seco mais elevada atravs de

uma matriz chamada fieira ou trefila com o objectivo da reduo da seco transversal do fio

e respectivo aumento do comprimento do material.

As fieiras para trefilar fios grossos e mdios (at 1,4 mm de dimetro) e fios

rectangulares so feitas num metal duro cuja constituio 95 % carboneto de tungstnio + 5

% cobalto, e para fios finos so feitas de diamante industrial.

A reduo do dimetro do fio deve ser feita em vrias etapas, utilizando-se para isso

vrias fieiras interligadas que realizam pequenas redues graduais at se obter o produtofinal.

O objectivo do processo de trefilao a obteno de um produto com dimenses,

acabamento superficial e propriedades mecnicas controladas.

A necessidade de trefilao d-se tambm devido ao facto de o cobre e o alumnio ser

fornecido em vergalho em jungos de 4500 kg nas bitolas de 8 e 11 mm para o cobre e em

jungos de 1500 kg e bitola de 9,5 mm para o alumnio.

3.2.1 - Processode Esmaltao

O processo de esmaltao consiste em aplicar uma pelicula de isolante sobre o fio,

conferindo ao condutor resistncia eltrica, mecnica e qumica de acordo com os requisitos

dos produtos.

O fio de cobre aplicado nos motores WEG pode suportar at 12 kV.

A aplicao do esmalte feita em vrias camadas atravs de fieiras de esmaltao,

sendo que a cada aplicao das diversas camadas de esmalte antecede um perodo de cura

numa estufa.

Para a esmaltao dos fios so utilizados dois tipos de verniz:

Verniz Base: Responsvel pela rigidez dieltrica (isolamento).Verniz Capa: Responsvel pela resistncia mecnica (proteo).

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16 Bobinagem Motores B.T.

Numa primeira instncia so aplicadas as camadas do verniz base, que podem variar

entre 6 e 12 camadas dependendo do tipo de fio, em seguida so aplicadas as camadas de

verniz capa, que podem variar entre 2 a 4 camadas.

O fio de gerao 2 da WEG figura 3.2 constitudo de 80 % de verniz base e 20 % de

verniz capa, sendo utilizado em motores de linha normal (standard).

O fio de gerao 3 da WEG figura 3.3 constitudo por 40 % de verniz base e 60 % de

verniz capa, sendo mais utilizado em motores acionados por inversor de frequncia.

3.2.2 -Processo de Lubrificao

Antes do acondicionamento no carretel, o fio j trefilado passa pelo processo de

lubrificao, que consiste na aplicao de uma camada fina de leo lubrificante constitudo

base de parafina. Este processo tem como objectivo melhorar a bobinagem, facilitando a

insero das bobinas no estator reduzindo-se assim o atrito (reduo risco fios arranhados)

durante a insero e ainda de melhorar a bobinagem do fio no carretel.

3.2.3 -Ensaios em fios

A cada lote de fios j prontos so realizados ensaios em laboratrio, que verificam as

caractersticas elctricas e mecnicas do fio esmaltado, sendo os principais ensaios

realizados:

Figura 3.2Fio WEG gerao 2 Figura 3.3Fio WEG gerao 3

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Circuito Magntico 17

Dimensional Verifica-se se o dimetro e se o formato do fio est dentro da

tolerncia permitida pela norma.

Aderncia e flexibilidade ao alongamento Verifica-se se o esmalte tem

aderncia sobre o fio aps o dobramento.

Termoplasticidade Determina a temperatura de reamolecimento do esmalte

atravs do aquecimento lento.

Choque Trmico Verifica se a camada de esmalte suporta a temperatura da

classe trmica.

Resistncia abraso unidirecional Indica qual a fora necessria para

remover a camada de esmalte.

Alongamento rupturaDetermina qual o alongamento mximo que o fio pode

suportar sem romper.

Rigidez dieltrica Determina a tenso mxima que o isolamento em esmalte

suporta sem que haja ruptura do isolamento.

Continuidade de Pelcula Determina o nmero de falhas na camada isolante

num comprimento mximo de 30 metros.

Angulo de recuoDetermina o grau de maleabilidade do fio.

3.3 - Circuito Magntico

O circuito magntico do motor de induo constitudo por um ncleo ferromagntico

esttico, denominado de estator, um entreferro, e um ncleo ferromagntico rotativo,

denominado rotor. O rotor gira livremente no interior do estator por se encontrar apoiado nas

suas extremidades em rolamentos alojados nas tampas do motor. O circuito magnticoestatrico constitudo por um pacote (vrias chapas empilhadas) de chapas unidas entre si.

Este empacotamento efectuado com o propsito de reduo de perdas magnticas no

motor, desta forma possvel separar magneticamente todas as chapas. As perdas

magnticas ou tambm denominadas perdas no ferro podem dividir-se em perdas por

correntes de Foucault ou perdas por histerese.[5]

3.3.1 Perdas no Circuito Magntico

As perdas por histerese esto associadas com a mudana da magnitude e direco dos

domnios magnticos e podem ter origens devido a:

Ncleos percorridos por fluxos magnticos variveis no tempo.

Derivam da histerese magntica que caracterstica dos materiais

ferromagnticos.

Em condies de excitao sinusoidal e por cada ciclo de magnetizao, o seu

valor directamente proporcional rea do ciclo histertico do material para

baixas frequncias.

No caso de excitao sinusoidal de baixas frequncias, o seu valor por unidade demassa (perdas especificas) podem determinar-se com base na seguinte lei:

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18 Bobinagem Motores B.T.

(3.1)Onde e so constantes que dependem do material e numa mquina, do arranjo docircuito magntico frequente tomar-se igual a 2.

As perdas por efeito de Foucault tm origem:

Ncleos magnticos percorridos por fluxos magnticos variveis no tempo.

A variao do fluxo magntico induz, nos materiais magnticos, micro correntes

elctricas tambm designadas de corrente de turbilho cuja circulao originam

perdas por efeito Joule que para alm de dependerem da intensidade do fluxo

magntico e da sua taxa de variao no tempo, dependem tambm da resistividade

eltrica do prprio material magntico. No caso de excitao sinusoidal de baixa frequncia, o seu valor por unidade de

massa (perdas especificas) podem determinar-se com base na seguinte lei:

(3.2)Onde

uma constante que depende do material e numa mquina, do arranjo

concreto do circuito magntico.

3.3.2 Mtodos de reduo de perdas magnticas

As perdas por histerese e por correntes de foucault podem ser atenuadas recorrendo-se a

algumas tcnicas, sabe-se que partida a composio qumica de uma chapa interfere

directamente no desempenho do motor. Elementos como o carbono reduzem o rendimento da

chapa enquanto o silcio aumenta a sua eficincia. O silcio apresenta maior resistividade

eltrica que o carbono.[15]

O ncleo ferromagntico deve ser laminado figura 3.4no sentido das linhas de fora

do campo magntico.

As chapas no devem ter contacto elctrico entre elas, durante o processo de fabrico

so aplicados vernizes, processos termoqumicos de tratamento de superfcie.

A laminagem e o isolamento das chapas do circuito magntico conduz a um aumento

da resistncia transversal do circuito magntico, facto que determinante para a

reduo substancial das correntes de Foucault e consequentemente das perdas

originadas por essas correntes.

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Circuito Magntico 19

Caso as correntes sejam limitadas pela resistividade do material as perdas tambm

so proporcionais a 1/t2 onde t corresponde espessura da lmina do pacote de

chapas, a altas frequncias a condio de limitar as perdas pela resistividade do

material no valida e as perdas aumentam rapidamente com a frequncia.

Figura 3.4 Empacotamento de chapas do circuito magntico

Tratamento Trmico (Descarbono)

O tratamento trmico aplicado s chapas do circuito magntico tem a finalidade de

melhorar o rendimento da chapa. Esta melhoria conseguida atravs do aquecimento dachapa a uma temperatura que ronda os 760 C, baixando-se assim o teor de carbono para

0,005 %. Este mtodo permite reduzir significativamente as perdas magnticas (aumenta a

resistividade eltrica do material) tornando-se assim uma alternativa vivel e bastante

eficiente para melhorar o desempenho dos motores, depois do tratamento trmico as chapas

adquirem uma cor azulada.

3.3.3 - Construo dos pacotes de chapas de motores de baixa tenso:

Para motores de baixa tenso o mtodo de fixao das diversas chapas que constituem ocircuito magntico pode ser:

Grampeamento

A unio das chapas feita atravs de uma tira de ao aplicada nas laterais do pacote,

proporcionando assim ao pacote uma elevada resistncia mecnica, que lhe confere

resistncia suficiente para o processo de prensagem do estator na carcaa.

Soldagem

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20 Bobinagem Motores B.T.

A unio das chapas feita atravs de um cordo de solda nas laterais do pacote, este

processo utilizado quando a largura do pacote de chapas no ultrapassa os 105 mm

devido baixa resistncia conferida durante a prensagem do estator na carcaa. Este

processo tem ainda o problema de as perdas magnticas serem mais elevadas devido

soldadura.

Auto empacotamento

A unio das chapas feita atravs de vincos (engates) estampados na prpria chapa

do estator. Este processo mais utilizado nos motores destinados ao mercado de

electrodomsticos devido facilidade e agilidade do processo.

3.4 - Sistema de Isolao Motores Eltricos

Os isoladores so amplamente utilizados no processo de bobinagem e constituem um dos

elementos mais importantes do bobinado, uma vez que influenciam directamente na vida til

de um motor [16]. Para se definir um sistema de isolao necessrio conhecer-se a

temperatura de trabalho da mquina, a tenso estipulada da mquina, a resina utilizada na

impregnao, o ambiente em que a mquina ir operar bem como a sua aplicao e o seu

sistema de acionamento [16].

Pela lei de Arrhenius, um aumento de 8 a 10 graus Celsius acima do limite da classetrmica de um isolante pode, reduzir a metade a sua vida til [16]. A vida til de um isolante

est ligada perda das suas caractersticas dielctricas ao ponto de este no conseguir

suportar o nvel de tenso para o qual foi projectado originando um curto-circuito.

3.4.1- Classe trmica de materiais isolantes:

A temperatura est directamente relacionada com a vida til de um material isolante,

sendo assim existe uma vasta classe de materiais isolantes que so apresentados na IEC

60085, os valores de temperatura e as classes trmicas dos materiais esto indicados natabela 3.1.

Figura 3.5Grampeamento Figura 3.6SoldagemFigura 3.7Auto empacotamento

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Sistema de Isolao Motores Eltricos 21

3.4.2- Materiais isolantes utilizados e caractersticas.

Os filmes isolantes tm como finalidade isolar trmica e eletricamente partes do

bobinado dos motores. Existem assim uma srie de materiais isolantes que so colocados no

processo de bobinagem nos seguintes pontos:

Isolamento de fundo de ranhura: Este isolamento tem como finalidade separar

fisicamente as bobinas energizadas do pacote de chapas do estator. Devem ter boas

caractersticas de flexibilidade ao dobramento. Os principais problemas que ocorrem com o

isolamento fundo de ranhura so:

Problemas dimensionais.

Posicionamento incorreto.

Danificaes que ocorrem no processo de insero das bobinas (casos de

enchimento alto).

Respingos de solda (soldas das ligaes).

Amarrao das cabeas de bobinas.

Conformao cabeas de bobina, conformao final.

Isolamento de fechamento de ranhura: Este isolamento tem como finalidade evitar que

as espiras entrem em contato com o rotor da mquina. Conferem ainda uma forma compacta

s bobinas colocadas nas ranhuras para que o sistema no se danifique quando sujeito aos

esforos electrodinmicos. Os principais problemas que ocorrem com o isolamento de fundo

de ranhura so:

Dimensionamento incorreto

Posicionamento incorreto.

Tabela 3.1Classes trmicas materiais isolantes ela Norma IEC 60085.

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Sistema de Isolao Motores Eltricos 23

Mtodos de Impregnao:

Para os motores de baixa tenso a impregnao pode ser realizada por 3 mtodos:

Impregnao por imerso.

Impregnao por gotejamento.

Impregnao por inundao.

O processo de impregnao por imerso:

Consiste em mergulhar o estator bobinado num tanque com verniz at que o ar contido

nas ranhuras seja eliminado. Seguidamente realizada a cura do verniz numa estufa a uma

temperatura de aproximadamente 150 C. Este mtodo tem como desvantagem o tempo de

todo o processo.

O processo de impregnao por gotejamento:

A resina canalizada atravs de um fluxo contnuo sobre a cabea da bobina, enquanto

o estator vai girando em cima de uma plataforma inclinada. Antes da impregnao o estator

aquecido a 80 C para se eliminar a humidade e para se dilatar o material para que o verniz

ocupe todos os espaos vazios. Aps a impregnao, o motor segue para uma estufa de cura

de verniz onde aquecido a 150 C.

O processo de impregnao por inundao:

O motor montado com o estator preenchido com o verniz lentamente at que o

bobinado esteja completamente submerso. A cura do verniz feita a uma temperatura de

150 C.

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24 Bobinagem Motores B.T.

Classe B (130 C) Classe H (180 C)

(Polister) (DMD) (NMN) (NOMEX)

Forma do material Filme homogneo Laminado em camadas Laminado em camadas Folha homognea

Constituio

100 % Polister

(Tereftalato de

Polietileno

Fibra de Poliester (0,05

mm)+Filme de

Polister+ Fibra dePolister (0,05 mm)

Poliaramida 464 (0,05

mm)+ Poliester+

poliaramida 464 (0,05mm)

Poliaramida 410

Absoro de gua (%)

(24 h temperatura 23

C 1CMximo de 0,75 Mximo 6,0 Mximo 6,0 Mximo 10,0

Contrao (%) (24 h

temperatura da

classe trmica

Mximo de 3,0 Mximo de 3,0 Mximo de 3,0 Mximo de 3,0

Classe trmica

(durabilidade

trmica)

20.000 h a 130 C 20.000 h a 155 C 20.000 h a 155 C 20.000 h a 180 C

Resistncia Trmica

Envelhecimento (96

h na temperatura da

classe trmica)

Resistncia ao verniz

de impregnao

Comportamento

aps a impregnao

Classe F (155 C)

Isento de ressecamento, bolhas ou separao entre camadas.

Isento de ressecamento, bolhas ou separao entre camadas. No deve apresentar

trincas ou rupturas quando dobrado em mandril .

O filme isolante no deve apresentar variaes nas suas propriedades de resistncia

trao e alongamento ruptura quando sujeitos condio A: (4 h a 90 C 3C),

Condio B: (24 h a 25C 3C)

Isento de ressecamento, trincas, bolhas ou separao entre camadas

3.5

-Terminologia associada bobinagem

Pretende-se neste ponto padronizar a linguagem que vai ser utilizada ao longo do

trabalho e ainda introduzir-se alguns conceitos gerais que permitem um melhor entendimento

das questes relacionadas com bobinagem.

Espira Uma volta de fio.

Bobina- Vrias espiras do mesmo tamanho, colocadas numa mesma ranhura. Grupo- Uma ou mais bobinas que formam os polos.

Fase- constituda por grupos.

Conjunto- Corresponde ao conjunto das trs fases juntas, isto , todo o bobinado do

motor para motores trifsicos. Para motores monofsicos formado pela fase

principal e pela auxiliar.

Passo- Indica o tamanho de cada bobina. o nmero de ranhuras existentes entre os

dois lados de uma mesma bobina.

Passo Polar Distncia (em radianos eltricos) entre polo norte e sul adjacentes, por

outras palavras, pode ser definido como o ngulo de abrangncia de um polo

magntico (Ex. 360 / n de polos).

Tabela 3.2Materiais isolantes utilizados e rinci ais caractersticas.

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45/112

3.6- Tipos de Enrolamentos 25

Bobina de passo pleno (ou passo inteiro) Bobina que tem os seus lados afastados de

180 graus eltricos.

Bobina de passo fracionrio (ou passo encurtado) - Bobina que tem os seus lados

afastados de menos de 180 graus eltricos.

Enrolamento distribudo Enrolamento no qual o nmero de grupos de bobinas (ou

nmero de bobinas por plo/fase) maior que um.

Enrolamento Concentrado Enrolamento no qual o nmero de grupos de bobinas (ou

nmero de bobinas por plo/fase) unitrio.

Passo da fase Passo das fases determina o ngulo ou a distncia entre as ranhuras

em que esto colocadas as entradas das fases do enrolamento.

3.6- Tipos de Enrolamentos

A melhor maneira de associar vrios condutores de um enrolamento distribuindo-os em

bobinas, e a distribuio das bobinas deve ser feita de tal maneira que as mesmas formem

grupos. Pode-se pensar que um conjunto formado pelas fases do motor, cada fase

formada por grupos, cada grupo por sua vez formado por bobinas e cada bobina formada

por espiras.

As bobinas de cada grupo so interligadas entre si, sendo que cada grupo possui umaentrada e uma sada (duas pontas). As bobinas que constituem os grupos so distribudas

uniformemente nas ranhuras do estator para criarem o campo magntico.

O campo magntico obtido pela aplicao de um sistema trifsico de tenses em trs

circuitos idnticos mas electricamente independentes entre si, isto , trs enrolamentos

separados, um para cada fase da rede de alimentao. Cada fase vai alimentar um

determinado nmero de bobinas dispostas no estator de tal forma que as mesmas quando

alimentadas resultem num sistema de bobinas distribudas simetricamente e desfasadas umas

em relao s outras de 120 graus eltricos.

Para o caso do rotor ser bobinado o nmero de ranhuras por plo e por fase no rotor

diferente do estator, de preferncia primos entre si, porque se fossem iguais, ao coincidirem

Figura 3.8Passo de um enrolamento.

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26 Bobinagem Motores B.T.

no repouso as ranhuras do rotor com as ranhuras do estator haveria um ponto de mnima

relutncia e no se conseguiria dar partida na mquina.

Frequentemente nos rotores dos motores de induo so empregadas ranhuras inclinadas

em relao ao seu eixo geomtrico, com esta tcnica consegue-se melhorar

significativamente o problema da relutncia, consegue-se assim foras electromotrizes

induzidas que se aproximam mais da forma de onda sinusoidal, reduz-se assim harmnicos e

rudos provenientes da induo magntica.

Quando os enrolamentos de um determinado motor so concntricos figura 3.9 b), as

bobinas tm passos diferentes, as cabeas das bobinas so alojadas umas no interior das

outras sem se cruzarem.

No caso de os enrolamentos serem imbricados figura 3.9 a) as bobinas tm todas o

mesmo passo, as cabeas das bobinas cruzam-se.

3.7Ranhuras e tipos de Camadas

As ranhuras de um estator podem ser divididas em trs classes, ranhuras abertas,

ranhuras semi abertas e ranhuras semi - fechadas. As ranhuras abertas so utilizadas em

motores de M.T e A.T por permitirem uma fcil acomodao das bobinas pr fabricadas

(bobinas de seco rectangular) e previamente isoladas. As ranhuras semi - fechadas tm uma

vasta aplicao porque a rea efectiva da face dos dentes maior e isso reduz a intensidade

da corrente de magnetizao e a relutncia do entreferro. Com isto a mquina apresentauma maior eficincia e um melhor fator de potncia, o motor ganha termicamente, possui

maior dissipao de calor. Nas ranhuras semi - fechadas o processo de insero das bobinas

nas ranhuras mais complicado, o que torna mais demorado o processo e a colocao dos

isolamentos. Existe uma geometria tima do formato da ranhura dependendo da aplicao

do motor.

Figura 3.9Diferentes tipos de enrolamentos

a) b)

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47/112

3.8Nmero de bobinas por grupo: 27

Os enrolamentos do motor podem designar-se de camada nica, camada dupla ou camada

mista quando o motor possui enrolamentos de camada nica e de camada dupla.

Na camada nica cada ranhura ocupada por apenas um lado de bobina (ranhura

cheia). Figura 3.10

Na camada dupla cada ranhura preenchida por dois lados de bobina (meia

ranhura). Figura 3.11

Na camada mista, so combinados os dois tipos de camadas anteriormente

referidas, o motor ter ranhuras em que utilizada camada nica e ranhuras

onde ser utilizado camada dupla.

3.8Nmero de bobinas por grupo:

No caso de a bobinagem ser por polos, vai-se ter em cada fase tantos grupos quanto o

nmero de polos.

Na bobinagem por polos consequentes vai-se ter um nmero de grupos por fase igual a

metade do nmero de polos.

Nmero de Bobinas por Grupo (Vlidos para motores Trifsicos):

Depende basicamente da quantidade de ranhuras do motor, do nmero de polos e do

tipo de enrolamento, dado pela frmula seguinte:

1.

Para camada nica, por polos, o nmero de bobinas dado por:

Figura 3.10Exemplo de ranhura de camada nica

Fi ura 3.11Exem lo de ranhura de camada du la

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48/112

28 Bobinagem Motores B.T.

(3.3)2. Para camada nica, por polos consequentes:

(3.4)3. Para camada dupla por Polos:

(3.5)4. Camada dupla por Polos Consequentes

(3.6)

Onde : Em resumo apresenta-se uma tabela com os diferentes tipos de enrolamentos.

Tabela 3.3Clculos associados bobinagem

Camada nica Camada Dupla

Por Polos Polos Consequentes Por polos Polos Consequentes

N de grupospor fase

P P/2 P P/2

N de Grupospor Conjunto

3P (3/2)P 3P (3/2)P

N de Bobinaspor Grupo

NR/(3P2) NR/(3P) NR/(3P) 2NR/(3P)

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49/112

- Associao Grupos de Bobinas 29

3.9 - Associao Grupos de Bobinas

3.9.1 - Interligao em Srie:

A Interligao dos grupos em srie tem como particularidade oferecer apenas um

caminho passagem da correnteeltrica, a sada de um grupo est ligada entrada do grupo

seguinte.

Principais caractersticas de uma interligao em srie de grupos:

Por se encontrarem ligados em srie a corrente igual em qualquer ponto da

fase.

No caso de se interromper a corrente em qualquer grupo de bobinas toda a

fase deixara de estar energizada.

A tenso ficar dividida de igual modo ao longo de todos os grupos que

constituem a fase.

A resistncia total de toda a fase igual soma da resistncia de cada grupo.

Figura 3.12Ligao de grupo em srie (motor 8 plos) por polos consequntes

Figura 3.13Interligao de grupos em srie (motor 4 plos) por polos

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50/112

30 Bobinagem Motores B.T.

3.9.2 - Interligao em paralelo:

A interligao em paralelo ao contrrio do que acontecia na interligao em srie,

caracteriza-se por oferecer dois ou mais caminhos passagem da corrente eltrica. Neste

caso cada grupo de bobinas alimentado de forma independente:

Figura 3.15Interligao de grupos em paralelo (2 paralelo)

Figura 3.14Interligao de grupos em paralelo

Figura 3.16Interligao de grupos em paralelo (3 paralelo)

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- Associao Grupos de Bobinas 31

Figura 3.17Interligao de grupos em paralelo (4 paralelo)

Figura 3.18Interligao de grupos em paralelo (4 paralelo)

Figura 3.19Interligao de grupos em paralelo (6 paralelo)

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52/112

32

Principais caractersticas de uma interligao em paralelo de grupos:

A tenso em grupos que se encontrem em paralelo a mesma.

A corrente total de uma fase dividida igualmente por todos os grupos de

bobinas.

A interrupo de alimentao de um grupo, no afecta os restantes grupos.

A Resistncia total de toda a fase igual soma dos inversos das resistncias

de cada grupo.

No anexo C apresentada uma configurao do motor que tem como princpio a

alterao do nmero de polos pela mudana da configurao da ligao das bobinas.

Pode-se reter pela teoria fundamental das mquinas eltricas rotativas que o torque

fornecido pelo motor de induo directamente proporcional ao produto do fluxo magntico

pela corrente eltrica [18], por sua vez o fluxo no entreferro da mquina depende da maneira

como as bobinas so ligadas (se em paralelo se em srie, em ligao direta ou em oposio,

com configuraes Y ou ). Conclui-se assim que todas as configuraes de ligao das

bobinas esto directamente ligadas com o projeto da mquina.

3.10 - Formao de polos

Quando se tem uma quantidade de grupos igual ao nmero de polos (interligao por

polos), independentemente de a ligao entre grupos ser em srie ou em paralelo, todos osgrupos da fase devero ter a chamada ligao em oposio. Quer isto dizer que o fim de um

grupo dever ser ligado ao fim do grupo seguinte e o comeo com o comeo do prximo.

Quando se tem um grupo de bobinas por par de plos (interligao por plos

consequentes) independentemente de os grupos estarem ligados em srie ou em paralelo,

todos os grupos da fase devero ter a chamada ligao direta, quer isto dizer que o fim de um

grupo deve ser ligado ao incio do grupo seguinte.

O objectivo garantir a inverso do sentido da corrente entre os sucessivos grupos de

bobinas, num instante a corrente circula no sentido horrio num grupo e no instante a seguir

ela inverte o sentido e passa a circular no sentido anti horrio no outro. Sempre que hinverso do sentido da corrente entre grupos h formao de polos.

Tabela 3.4Relao do nmero de polos com o nmero de grupos de bobina por fase.

Nmero de polos Grupos de bobinas/ fase

2 2

4 2 ou 4

6 3 ou 6

8 4 ou 8

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- Formao de polos 33

Asfiguras 3.20 e 3.21representam a ligao em sequncia direta, em que um grupo de

bobinas forma um par de polos. Observa-se que existem quatro inverses do sentido da

corrente o que provoca a formao de 4 polos, isto , formam-se dois polos por grupo de

bobinas.

As figuras 3.22 e 3.23, representam a ligao em oposio, em que dois grupos de

bobinas formam um par de polos, neste caso constata-se que existem apenas duas inverses

do sentido de corrente.

Estes tipos de ligao so independentes de os grupos serem ligados em srie ou em

paralelo, com grupos de bobinas concntricas ou imbricadas, em bobinas de camada nica ou

dupla.

Figura 3.20Ligao em paralelo dos grupos em sequncia direta.

Figura 3.21Ligao em srie dos grupos em sequncia direta.

Figura 3.22 Ligao em paralelo dos grupos/ligao em oposio. Figura 3.23Ligao em srie dos grupos / ligao

em oposio.

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34 Bobinagem Motores B.T.

3.11 - Clculos associados bobinagem de motores

Para o clculo dos dados de bobinagem existem algumas consideraes que devem ser

tomadas em conta, para uma eficaz aplicao destas regras utiliza-se na maioria das vezes

como unidade de medida o nmero de ranhuras. O enrolamento de um motor costuma seresquematizado de forma planificada para uma melhor visualizao e melhor entendimento do

esquema de bobinagem, as ranhuras do estator so numeradas em sequncia o que leva a que

qualquer ranhura do estator possa ser considerada como referncia, ranhura nmero 1.

Geralmente considera-se a ranhura nmero 1 a ranhura que acomoda o lado da primeira

bobina do primeiro grupo de bobinas da primeira fase.

possvel definir-se algumas relaes associadas bobinagem de motores, deve-se no

entanto ter em considerao que as relaes apresentadas no se aplicam para motores em

que sejam utilizados enrolamentos de camada mista ou para motores que possuam

enrolamentos nos quais os grupos tenham diferente nmero de bobinas.

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Quando o enrolamento for de camada nica todos os passos apresentados em cima

devero resultar em nmeros inteiros, caso contrrio no se pode aplicar estas regras para os

enrolamentos. Em relao ao passo de bobinas existem duas consideraes que devem sertomadas em conta. Para o caso dos enrolamentos serem imbricados as bobinas apresentam

todas o mesmo passo. No caso de as bobinas serem concntricas, determina-se o passo mdio

das bobinas. No arranjo concntrico de bobinas, a diferena entre duas bobinas consecutivas

sempre igual a 2. Quando o nmero de bobinas por grupo for impar, o passo mdio das

bobinas ser aplicado bobina centralfigura 3.24. Se por sua vez o nmero de bobinas for

par, a bobina central interna ter passo mdio subtrado de um, e a bobina central externa,

somado de um como se pode verificar pelafigura 3.25.[1]

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- Clculos associados bobinagem de motores 35

Para a situao em que o enrolamento de camada nica o passo da bobina dado por:

se (3.10)

se (3.11)Onde,

(3.12)

A situao tima seria que o passo das bobinas fosse igual ao passo polar para uma

melhor distribuio do fluxo magntico no interior do entreferro do motor. O passo do grupo

de bobinas fixado pela geometria, e quando coincide com o passo polar, no existe outra

hiptese a no ser o encurtamento do passo da bobina em relao ao passo polar. Bobinas

com o passo encurtado devem ter um maior nmero de espiras para compensar a distoro do

fluxo magntico no entreferro. [1]

Se o enrolamento for de camada dupla, o passo polar dever ser mltiplo de 0,5 e os

restantes parmetros inteiros. Caso contrrio, no se aplicam as expresses enunciadas

acima. Na maior parte dos casos os enrolamentos de camada dupla so diametrais, isto , o

passo polar igual ao passo do grupo (Pp=Pg), isto porque so enrolamentos com nmero de

grupos igual a 2, dois grupos de bobinas por fase e por par de plos. No existe nenhum

impedimento geomtrico por a ranhura possuir dois lados de bobina para no se fazer o passo

Figura 3.24Grupo de bobinas concntricas comnmero mpar de bobinas.

Figura 3.25Grupo de bobinas concntricascom nmero ar de bobinas.

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36 Bobinagem Motores B.T.

da bobina igual ao passo polar (Pb=Pp). No entanto para se melhorar as condies de partida

costuma-se encurtar o passo da bobina, sendo assim tem-se:

(3.13)Em que:

(3.14)

Onde,

- Nmero de PolosNmero de ranhuras estatorPasso PolarPasso do grupoPasso da fasePasso bobinas Nmero de bobinas por fase e por par de polos (1 ou 2)Nmero de bobinas dos grupos3.12

- Desenho de esquemas trifsicos

Para a realizao da bobinagem de um motor necessrio ter em conta o posicionamento

dos grupos ao longo de todo o estator. Pretende-se assim otimizar o desempenho pela

correcta colocao dos grupos por forma aos mesmo ficarem simetricamente distribudos emtoda a periferia do estator.

Clculo de Distribuio: Utiliza-se para o posicionamento dos grupos debobinas no estator, para que fiquem simetricamente distribudas pela fase.

(3.15)

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- Desenho de esquemas trifsicos 37

Clculo de desfasagem: Permite estabelecer a distncia medida em ranhuras

qual se inicia a fase seguinte.

(3.16)Onde,

Distncia em ranhuras a partir da qual comeam os restantes grupos de uma fase.Nmero de ranhuras estator Nmero de grupos por faseN P Nmero de polos

Distncia em ranhuras qual se inicia a fase seguinte3.12.1- Dimensionamento de bobinas

O dimensionamento que se apresenta utilizado em motores de potncia inferior a 50Cv, de induo trifsicos totalmente fechados e com ventilao externa. A aplicao deste

tipo de dimensionamento sugerida para o caso de rebobinagem.

Neste clculo determinado o nmero de espiras por bobina e a bitola do fio a ser

empregado.

O comprimento do passo polar dado por:

(3.17)

(3.18)

ento possvel nesta altura o clculo do nmero de espiras por fase que dado da

seguinte forma:

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38 Bobinagem Motores B.T.

2 polos 4 polos 6 polos 8 polos

1:7 0 0.966 1:6 3.6 0.934 1:5 15.4 0.837

1:4 41.2 0.684

1:10 0 0.96 1:9 1.5 0.945 1:8 6.4 0.902

1:7 15.2 0.832 1:6 30.8 0.735

1:13 0 0.958 1:12 1.2 0.946 1:11 3.6 0.926

1:10 8.2 0.885 1:9 15.4 0.83 1:8 26.0 0.76

1:7 41.0 0.678

1:16 0 0.957 1:15 1 0.947 1:14 2.3 0.9351:13 5.1 0.91 1:12 9.5 0.874 1:11 15.2 0.829

1:10 23.7 0.774 1:9 35 0.71

1:19 0 0.956 1:18 0.8 0.948 1:17 1.5 0.942

1:16 3.5 0.923 1:15 6.3 0.898 1:14 10.2 0.866

1:13 15.2 0.829 1:12 22 0.783 1:11 30.8 0.732

1:25 0 0.955 1:24 0.8 0.948 1:23 1.2 0.944

1:22 1.9 0.937 1:21 3.3 0.923 1:20 6.0 0.902

1:19 8.2 0.881 1:18 11.4 0.856 1:17 15.2 0.827

1:16 20.2 0.794 1:15 26.0 0.757 1:14 33.1 0.716

P Z (%)

48 96 - -

P Z (%) P Z (%)

-

48

72

96

-

-36

24

36

48

60

72

N de Ranhuras do estator

12

18

24

30

36

54

72

90

(3.19)Por fim o nmero de espiras por bobina dado por:

(3.20)

O valor de deve ser um nmero inteiro. Por sua vez o valor de dado na tabela 3.5em funo do nmero de polos, do nmero de ranhuras e do passo mdio do enrolamento.

Tabela 3.5Dados para a escolha ou para se alterar o passo do enrolamento.

Em que os dados da tabela 3.5representam:

Passo mdio do enrolamento% de espiras a mais por passo do enrolamento encurtadoFator de enrolamento

A seco do fio para o fabrico das bobinas dada por:

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- Desenho de esquemas trifsicos 39

(3.21)Pode-se ainda fazer uma verificao do dimensionamento pela analise do fator de

enchimento que dado por:

(3.22)Onde,

. . . . . . . . . .

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40 Bobinagem Motores B.T.

Valores muito baixos do factor de enchimento deixam as espiras de cobre muito soltas

dentro da ranhura, e valores muito altos do fator de enchimento dificulta a insero das

bobinas nas ranhuras.

A tabela que se segue fornece algumas orientaes para o fator de enchimento em

funo da rea da ranhura:

Tabela 3.6Fator de enchimento em funo da rea da ranhura

SR (mm2) FE

30 0.28

50 0.32

75 0.37

100 0.40150 0.43

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41

Captulo 4

Qualidade no Processo de Fabricao de

Motores de B.T

A qualidade de um produto uma questo que deve estar sempre presente ainda mais

por estarmos face a um mercado de exigncias extremamente competitivo. Por isso mesmo

todo o processo de fabrico de motores tem por base criteriosos mtodos de aumento de

qualidade dos produtos.

A qualidade na fabricao de motores tem como reas de interveno:

Defeitos na bobinagem

Defeitos na montagem

Defeitos de campo

Refugos

Defeitos na bobinagem compreendem todos os defeitos registados desde a colocao do

isolamento de fundo de ranhura at ao momento em que prensada a carcaa no estator

bobinado. Os defeitos na montagem compreendem defeitos em todo o processo de montagem

depois da prensagem da carcaa no estator bobinado at chegada ao acabamento final(pintura). Defeitos de campo so defeitos que ocorrem nos motores que j esto em

funcionamento em posse dos clientes que por ventura podem apresentar defeitos que no

tenham sido detectados durante o fabrico dos mesmos. Existe ainda a questo relacionada

com o refugo, pode ser refugo de carcaa fofo (ferro fundido), refugo de isolantes, refugo de

alguns componentes como por exemplo chapas de estator grampeado, cabos, tampas

deflectoras, rolamentos. De entre os defeitos e refugos, so os refugos de fio de cobre que

apresentam a maior perda econmica no processo de fabricao de motores. Neste captulo

ser analisado os defeitos na bobinagem e apresentado um estudo de refugo de cobre.

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42 Qualidade no Processo de Fabricao de Motores de B.T

Produo FAB III actual Produo diria Dias de estudoProduo 45

dias

280/315 130 5850

225/250 195 8775

Total 325

45

4.1 Defeitos na Bobinagem

Os defeitos de bobinagem apresentados neste captulo dizem respeito aos estatores

bobinados que vo equipar os motores das carcaas 280/315 produzidas na fbrica III. Ser

explicado em que consiste cada um dos defeitos encontrados e quais as suas causas. Paraalm disso ser exposto um estudo de refugo de cobre.

Foi realizado durante 45 dias um levantamento dos principais defeitos. Para o perodo de

tempo considerado, foram registados um total de 67 defeitos dividindo-se os mesmos da

forma representada nogrfico 4.1. (O percentual de cada defeito no foi revelado por ordem

da WEG). Ser detalhado mais frente os defeitos encontrados.

Tendo-se em conta o nmero de motores produzidos das carcaas 280 / 315 e o nmero

de defeitos registados obteve-se um percentual de 1.15 % de motores com defeito indicados

nogrfico 4.2.

Grfico 4.1Percentual de cada tipo de defeitos.

Tabela 4.1Quantidade de Motores produzidos no perodo de estudo por carcaa

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Defeitos na Bobinagem 43

4.1.1 - Principais defeitos no processo de fabrico de motores eltricos:

Cabos Cortados:

Os cabos so cortados geralmente depois da impregnao por gotejamento, isto

acontece porque depois da impregnao antes de o estator j impregnado entrar no tnel de

resfriamento existe a necessidade de se limpar o verniz que se acumula nos cabos de ligao,

o operador utiliza um alicate para picar o excesso de verniz que se acumulou. Se este no

tiver o cuidado necessrio, factor que aliado a um material dilatado com a temperatura do

verniz (silicone de pouca resistncia mecnica) acaba por haver corte de cabos. Outro

problema que estava a existir e que foi de certa forma acautelado era a questo de

armazenamento dos estatores j impregnados, devido ao elevado nmero de estatores em

estoque antes de irem para a prensagem da carcaa, a movimentao dos mesmos provocava

choques entre eles e muitas vezes acabava-se a ter cabos cortados. Por ltimo outro posto

onde podem ocorrer cortes em cabos na prensagem da carcaa no estator. Neste caso o

retrabalho demorado.

Ligaes erradas:

A principal causa das ligaes erradas falta de ateno do operador, inexperincia,

sistematizao do processo e falta de verificao de alguma condio especial presente na

nota de operao. Neste caso o retrabalho rpido.

Bobina Trocada:

A principal causa de bobinas trocadas (bitolas de fio trocadas, engano no permetro das

bobinas) deve-se principalmente a desateno do operador a observar a N.O o retrabalho

Grfico 4.2Percentual de motores com defeito

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44 Qualidade no Processo de Fabricao de Motores de B.T

demorado e os custos elevados, na maioria dos casos as bobinas so sucateadas perdendo-se o

valor econmico do cobre mais o custo de todo o processo de recuperao do estator (Mo de

Obra, Recursos Materiais).

Fases Desfasadas:

Este defeito deve-se a uma incorrecta soldagem das ligaes. Num sistema trifsico

equilibrado como deve ser a configurao dos enrolamentos de um motor as fases devem

estar desfasadas de 120 graus, caso as ligaes no sejam correctamente executadas este

desfasamento vai dar um valor diferente, caso no fosse detetado haveria um desequilbrio

de correntes nos enrolamentos o que levaria a um incorrecto funcionamento do motor. O

retrabalho para este tipo de defeito rpido.

Surto / Choque:

A principal causa deste defeito est relacionada com falhas / defeitos no sistema de

isolao do motor, a causa deste defeito pode ser isolamento de fundo de ranhura estourado

/ mal posicionado (curto circuito entre bobina e massa), isolamento entre camadas

danificado / Rasgado / Deslocado (curto circuito entre fases / entre espiras da mesma

fase), espiras de fio com o isolamento deteriorado so muitas vezes responsveis por curto

circuitos, isoladores entre fases deslocados e isoladores de fechamento de ranhura

danificados podem tambm provocar c.c no bobinado do motor, a no colocao de estecas

para motores com enchimento baixo pode com o passar do tempo comprometer a qualidade

do produto por os condutores se encontrarem soltos sujeito a vibraes devido aos esforoselectrodinmicos sobre os mesmos. O retrabalho para este tipo de defeito relativamente

rpido no entanto dependente de qual is