WEG INDSTRIAS S.A. CENTRO DE TREINAMENTO DE CLIENTESMDULO 1 Comando e ProteoWEG Transformando Energia em Soluestr_CTC-238 P3WEG Transformando Energia em Solues1Mdulo 1 Comando e Proteo* Material sujeito a alteraes sem prvio aviso!WEG Transformando Energia em Solues2Mdulo 1 Comando e ProteoSumrio1 MANUALDeMOTORES ELTRICOS _______________________________ 141.1 Histrico _____________________________________________________________141.2 Noes Fundamentais___________________________________________________161.2.1 Motores Eltricos _________________________________________________________ 161.2.1.1 Motor Sncrono _______________________________________________________ 161.2.1.2 Motor Assncrono _____________________________________________________ 171.2.1.3 Motor CC____________________________________________________________ 191.2.2 Conceitos Bsicos_________________________________________________________ 201.2.2.1 Conjugado ___________________________________________________________ 201.2.2.2 Energia e Potncia Mecnica_____________________________________________ 211.2.2.3 Energia e Potncia Eltrica ______________________________________________ 221.2.2.4 Velocidade Nominal ___________________________________________________ 241.2.2.5 Corrente Nominal _____________________________________________________ 241.2.2.6 Potncia Aparente, Ativa e Reativa ________________________________________ 241.2.2.7 Potncia Equivalente ___________________________________________________ 251.2.2.8 Tringulo de Potncia __________________________________________________ 271.2.2.9 Fator de Potncia ______________________________________________________ 271.2.2.10 Rendimento _________________________________________________________ 271.2.2.11 Relao entre Unidades de Potncia ______________________________________ 291.2.2.12 Relao entre Conjugado e Potncia ______________________________________ 291.2.2.13 Sistemas de Corrente Alternada Monofsica ________________________________ 291.2.3 Sistemas de Corrente Alternada Trifsica ______________________________________ 311.2.3.1 Ligao Tringulo _____________________________________________________ 321.2.3.2 Ligao Estrela _______________________________________________________ 331.2.4 Motor de Induo Trifsico _________________________________________________ 341.2.4.1 Princpio de Funcionamento _____________________________________________ 341.2.4.2 Velocidade Sncrona (nS)________________________________________________ 361.2.4.3 Escorregamento (s) ____________________________________________________ 371.2.4.4 Equacionamento ______________________________________________________ 381.2.5 Definies de Termos Tcnicos Usuais ________________________________________ 421.3 Caractersticas da Rede _________________________________________________431.3.1 O Sistema _______________________________________________________________ 431.3.1.1 Trifsico_____________________________________________________________ 431.3.1.2 Monofsico __________________________________________________________ 431.3.2 Tenso Nominal __________________________________________________________ 451.3.2.1 Tenso da Rede de Alimentao em Funo da Potncia do Motor _______________ 451.3.2.2 Tenso Nominal Mltipla _______________________________________________ 461.3.2.3 Tenses de Ligaes Normais ____________________________________________ 481.3.3 Frequncia Nominal (Hz)___________________________________________________ 491.3.3.1 Tolerncia de Variao de tenso e Frequncia_______________________________ 491.3.3.2 Ligao em Frequncias Diferentes________________________________________ 511.3.4 Limitao da Corrente de Partida de Motores Trifsicos ___________________________ 521.3.4.1 Partida Com Chave Estrela-Tringulo (Y-)_________________________________ 521.3.4.2 Partida Com Chave Compensadora (auto-transformador)_______________________ 541.3.4.3 Comparao Entre Chaves Y- e Compensadora Automtica ________________ 551.3.4.4 Partida Com Chave Srie-Paralelo_________________________________________ 551.3.4.5 Partida Com Reostato para Motores de Anis ________________________________ 561.3.4.6 Partidas Eletrnicas ____________________________________________________ 571.3.5 Sentido de Rotao de Motores de Induo Trifsicos_____________________________ 631.4 Caractersticas de Acelerao ____________________________________________641.4.1 Conjugados______________________________________________________________ 641.4.1.1Curva de Conjugado x Velocidade _________________________________________ 64WEG Transformando Energia em Solues3Mdulo 1 Comando e Proteo1.4.1.2 Categorias Valores Mnimos Normalizados ________________________________ 651.4.1.3 Caractersticas dos Motores WEG_________________________________________ 681.4.2 Inrcia da Carga __________________________________________________________ 681.4.3 Tempo de Acelerao______________________________________________________ 691.4.4 Regime de Partida ________________________________________________________ 711.4.5 Corrente de Rotor Bloqueado________________________________________________ 731.4.5.1 Valores Mximos Normalizados __________________________________________ 731.4.5.2 Indicao da Corrente __________________________________________________ 731.5 Regulao de Velocidade de Motores Assncronos de Induo _________________751.5.1 Introduo_______________________________________________________________ 751.5.2 Variao de Nmeros de Plos_______________________________________________ 751.5.2.1 Motores de Duas Velocidades em Enrolamentos Separados _____________________ 751.5.2.2 Motores de Duas Velocidades com Enrolamentos por comutao de Plos _________ 761.5.2.3 Motores Com Mais de Duas Velocidades ___________________________________ 761.5.3 Variao do Escorregamento ________________________________________________ 771.5.3.1 Variao da Resistncia Rotrica _________________________________________ 771.5.3.2 Variao da Tenso do Estator ___________________________________________ 781.5.4 Variao da Freqncia ____________________________________________________ 781.5.4.1 Consideraes Sobre a Aplicao de Motores com Controle de Velocidade Atravs deConversores de Frequncia_______________________________________________ 801.6 Caracterstica em Regime _______________________________________________811.6.1 Elevao de Temperatura, Classe de Isolamento _________________________________ 811.6.1.1 Aquecimento do Enrolamento____________________________________________ 811.6.1.2 Vida til do Motor ____________________________________________________ 831.6.1.3 Classes de Isolamento __________________________________________________ 831.6.1.4 Medida de Elevao de Temperatura do Enrolamento _________________________ 841.6.1.5 Aplicao a Motores Eltricos ____________________________________________ 841.6.2 Proteo Trmica de Motores Eltricos ________________________________________ 851.6.2.1 Termo-Resistncia (PT-100) _____________________________________________ 861.6.2.2 Termistores (PTC e NTC) _______________________________________________ 861.6.2.3Termostatos __________________________________________________________ 871.6.2.4 Protetores Trmicos ____________________________________________________ 881.6.2.5 Proteo de motores de alta tenso weg_____________________________________ 891.6.3 Regime de Servio ________________________________________________________ 911.6.3.1 Regimesde Servios Padronizados _______________________________________ 911.6.3.2 Designao do Regime Tipo _____________________________________________ 971.6.3.3 Potncia Nominal _____________________________________________________ 981.6.4 Fator de Servio (FS) ______________________________________________________ 981.7 Caractersticas do Ambiente _____________________________________________991.7.1 Altitude_________________________________________________________________ 991.7.2 Temperatura Ambiente_____________________________________________________ 991.7.3 Determinao da Potncia til do Motor nas Diversas Condies de Temperatura e Altitude______________________________________________________________________ 1001.7.4 Atmosfera Ambiente _____________________________________________________ 1001.7.4.1 Ambientes Agressivos _________________________________________________ 1001.7.4.2 Ambientes Contendo Poeiras ou Fibras____________________________________ 1011.7.4.3 Locais em Que a Ventilao do Motor Prejudicada _________________________ 1021.7.5 Graus de Proteo________________________________________________________ 1021.7.5.1 Cdigo de Identificao________________________________________________ 1021.7.5.2 Tipos Usuais de Proteo_______________________________________________ 1041.7.5.3 Motores a Prova de Intempries _________________________________________ 1041.7.6 Ventilao _____________________________________________________________ 1051.7.6.1 Sistema de Refrigerao _______________________________________________ 1051.7.7 Resistncia de Aquecimento________________________________________________ 1151.7.8 Limite de Rudos ________________________________________________________ 115WEG Transformando Energia em Solues4Mdulo 1 Comando e Proteo1.8 Ambientes Perigosos___________________________________________________1161.8.1 reas de Risco __________________________________________________________ 1161.8.2 Atmosfera Explosiva _____________________________________________________ 1161.8.3 Classificao das reas de Risco ____________________________________________ 1161.8.3.1 Classes e Grupos das rea de Risco ______________________________________ 1171.8.4 Classes de Temperatura ___________________________________________________ 1181.8.5 Equipamentos Para reas de Risco __________________________________________ 1181.8.6 Equipamentos de Segurana Aumentada (ProteoEx-e) _______________________ 1201.8.7 Equipamentos com Invlucros a Prova de Exploso (Proteo Ex-d) ________________ 1211.9 Caractersticas Construtivas ____________________________________________1221.9.1 Dimenses _____________________________________________________________ 1221.9.2 Formas Construtivas Normalizadas __________________________________________ 1231.9.3 Motores com Flange______________________________________________________ 1271.9.4 Pintura ________________________________________________________________ 1301.9.5 Vibrao_______________________________________________________________ 1311.9.5.1 Suspenso Livre______________________________________________________ 1311.9.5.2 Chaveta ____________________________________________________________ 1311.9.5.3 Pontos de Medio____________________________________________________ 1311.9.6 Balanceamento__________________________________________________________ 1331.9.6.1 Definio ___________________________________________________________ 1331.9.6.2 Tipos de Balanceamento _______________________________________________ 1331.9.7 Aterramento ____________________________________________________________ 1341.9.7.1 Finalidade do Aterramento _____________________________________________ 1341.9.7.2 Bitolas Mnimas de Condutores de Aterramento_____________________________ 1351.9.8 Elementos de Transmisso_________________________________________________ 1351.9.8.1 Esforos Axiais e Radiais ______________________________________________ 1371.9.8.2 Clculo da Fora Radial em Acoplamento por Polias e Correias ________________ 1411.9.9 Placa de Identificao_____________________________________________________ 1411.9.9.1 Motor de Alta Tenso (Linha WEG Mquinas Ltda.) _________________________ 1421.9.9.2 Motor de Baixa Tenso (Linha WEG Motores Ltda.) _________________________ 1421.10 Seleo e Aplicao dos Motores Eltricos Trifsicos _______________________1431.10.1Guia de Seleo do Tipo de Motor Para Diferentes Cargas ________________________ 1481.11 Ensaios _____________________________________________________________1491.11.1Ensaios de Rotina________________________________________________________ 1491.11.2Ensaios de Tipo _________________________________________________________ 1491.11.3Ensaios Especiais ________________________________________________________ 1491.11.4Laboratrio de Ensaios da WEG Mquinas para Motores de Alta Tenso ____________ 1502 ESPECIFICAO DE MOTORES ELTRICOS _______________________ 1522.1 Potncia Nominal _____________________________________________________1522.2 Conjugado Resistente da Carga _________________________________________1542.2.1 Conjugado Constante _____________________________________________________ 1542.2.2 Conjugado Linear ________________________________________________________ 1552.2.3 Conjugado Quadrtico ____________________________________________________ 1552.2.4 Conjugado Hiperblico ___________________________________________________ 1562.2.5 Conjugados No Definidos ________________________________________________ 1572.3 Conjugado Resistente Mdio da Carga ___________________________________1582.4 Momento de Inrcia da Carga___________________________________________1602.5 Conjugado x Velocidade do Motor _______________________________________1612.5.1 Conjugado Bsico________________________________________________________ 1612.5.2 Conjugado Nominal ou de Plena Carga _______________________________________ 1612.5.3 Conjugado Com Rotor Bloqueado ___________________________________________ 162WEG Transformando Energia em Solues5Mdulo 1 Comando e Proteo2.5.4 Conjugado Mnimo ______________________________________________________ 1622.5.5 Conjugado Mximo ______________________________________________________ 1622.5.6 Fatores de Correo dos Conjugados em Funo da Tenso _______________________ 1632.6 Conjugado Motor Mdio _______________________________________________1642.7 Tempo de Rotor Bloqueado (trb) _________________________________________1662.7.1 Tempo de Rotor Bloqueado em Relao a Classe Isolante ________________________ 1662.7.2 Tempo de Acelerao_____________________________________________________ 1672.7.3 Potncia Dinmica ou de Acelerao_________________________________________ 1692.8 Especificao de Motores Para Ventiladores e Bombas ______________________1712.8.1 Definies______________________________________________________________ 1712.8.1.1 Ventiladores_________________________________________________________ 1712.8.1.2 Bombas ____________________________________________________________ 1712.8.2 Critrios Para Selecionar o Motor que Ir Acionar a Carga________________________ 1712.8.2.1 Caractersticas da Rede de Alimentao ___________________________________ 1712.8.2.2 Caractersticas do Ambiente ____________________________________________ 1712.8.2.3 Caractersticas Construtivas_____________________________________________ 1712.8.2.4 Caractersticas do Ventilador ____________________________________________ 1722.8.2.5 Caractersticas da Bomba_______________________________________________ 1722.8.3 Determinao da Velocidade do Motor _______________________________________ 1722.8.4 Potncia Nominal ou de Servio da Carga_____________________________________ 1732.8.4.1 Conhecendo a Vazo e a Presso Total ____________________________________ 1732.8.4.2 Conhecendo-se o Conjugado Nominal da Carga_____________________________ 1742.8.4.3 Conhecendo-se a Vazo e a Altura Manomtrica da Bomba____________________ 1742.8.5 Tempo de Acelerao_____________________________________________________ 1742.8.6 Exemplos ______________________________________________________________ 1772.8.6.1 Ventilador __________________________________________________________ 1772.8.6.2 Bombas ____________________________________________________________ 1802.9 Especificao de Motores Para Compressores______________________________1842.9.1 Compressor ____________________________________________________________ 1842.9.1.1 Definies __________________________________________________________ 1842.9.2 Critrios Para Selecionar o Motor que Ir Acionar o Compressor ___________________ 1842.9.2.1 Caractersticas da Rede de Alimentao ___________________________________ 1842.9.2.2 Caractersticas do Ambiente ____________________________________________ 1842.9.2.3 Caractersticas Construtivas_____________________________________________ 1842.9.2.4 Caractersticas do Compressor___________________________________________ 1852.9.3 Determinao da Velocidade do Motor _______________________________________ 1852.9.4 Potncia Nominal ou de Servio do Motor ____________________________________ 1852.9.5 Tempo de Acelerao_____________________________________________________ 1862.9.6 Exemplos ______________________________________________________________ 1872.10 Especificao de Motores Para Talhas ___________________________________1912.10.1 Talhas ________________________________________________________________ 1912.10.1.1 Definies _________________________________________________________ 1912.10.2 Critrios Para Selecionar o Motor que Ir Acionar a Talha _______________________ 1912.10.2.1 Caractersticas da Rede de Alimentao __________________________________ 1912.10.2.2 Caractersticas do Ambiente ___________________________________________ 1912.10.2.3 Caractersticas Construtivas____________________________________________ 1912.10.2.4 Caractersticas da Talha_______________________________________________ 1922.10.3 Determinao da Velocidade do Motor_______________________________________ 1922.10.4 Determinao do Conjugado Nominal Requerido Pela Talha (Ccn) _________________ 1922.10.5 Potncia Nominal ou de Servio do Motor ____________________________________ 1932.10.6 Regime de Trabalho do Motor _____________________________________________ 1932.10.7 Categoria do Motor ______________________________________________________ 1942.10.8 Tempo de Acelerao ____________________________________________________ 1952.10.9 Corrente Equivalente_____________________________________________________ 196WEG Transformando Energia em Solues6Mdulo 1 Comando e Proteo2.10.10 Roteiro de Especificao do Motor _________________________________________ 1972.10.11 Roteiro de Especificao do Motor Quando No seConhece os Dados Para o Clculo daCorrente Mxima Admissvel_______________________________________________ 1972.10.12 Exemplo______________________________________________________________ 1973 MANUTENO DE MOTORES ELTRICOS _________________________ 2033.1 Introduo ___________________________________________________________2033.2 Instrues Bsicas_____________________________________________________2043.2.1 Instrues Gerais ________________________________________________________ 2043.2.2 Fornecimento ___________________________________________________________ 2043.2.3 Armazenagem __________________________________________________________ 2043.3 Instalao____________________________________________________________2073.3.1 Aspectos Mecnicos ______________________________________________________ 2073.3.1.1 Fundaes __________________________________________________________ 2073.3.1.2 Tipos de Bases _______________________________________________________ 2083.3.1.3 Alinhamento ________________________________________________________ 2093.3.1.4 Acoplamento ________________________________________________________ 2103.3.2 Aspectos Eltricos _______________________________________________________ 2143.3.2.1 Sistemas de Alimentao_______________________________________________ 2143.3.3 Entrada em Servio ______________________________________________________ 2183.3.3.1 Exame Preliminar ____________________________________________________ 2183.3.3.2 Partida Inicial________________________________________________________ 2193.3.3.3 Funcionamento ______________________________________________________ 2193.3.3.4 Desligamento________________________________________________________ 2193.4 Manuteno__________________________________________________________2203.4.1 Limpeza _______________________________________________________________ 2203.4.2 Lubrificao ____________________________________________________________ 2203.4.2.1 Intervalos de Lubrificao______________________________________________ 2213.4.2.2 Qualidade e Quantidade de Graxa ________________________________________ 2213.4.2.3 Instrues para Lubrificao ____________________________________________ 2223.4.2.4 Substituio de Rolamentos_____________________________________________ 2233.4.3 Recomendaes Gerais ___________________________________________________ 2263.5 Falhas emMotores Eltricos____________________________________________2273.5.1 Anlise de Causas e Defeitos de Falhas em Motores Eltricos _____________________ 2273.6 Danos em Enrolamentos de Motores Eltricos de Induo ___________________2293.6.1 Motores Trifsicos e Monofsicos____________________________________________ 2304 ANLISE DOS DISPOSITIVOS ELTRICOS UTILIZADOS EM BAIXATENSO_________________________________________________________ 2314.1 Dispositivos de Seccionamento __________________________________________2324.2 Dispositivos de Proteo________________________________________________2335 CARACTERSTICAS E ESPECIFICAO DOS COMPONENTES DASCHAVES DE PARTIDA WEG_______________________________________ 2345.1 Fusveis _____________________________________________________________2345.1.1 Fusveis de Fora (D OU NH) ______________________________________________ 2345.1.1.1 Classificao ________________________________________________________ 2355.1.1.2 CurvasTempoxcorrente de Fusveis weg __________________________________ 2365.1.1.3 Dimensionamento ____________________________________________________ 2375.1.1.4 Exemplo de Clculo: __________________________________________________ 2385.1.2 Fusveis de Comando _____________________________________________________ 2405.1.2.1 Dimensionamento ____________________________________________________ 240WEG Transformando Energia em Solues7Mdulo 1 Comando e Proteo5.2 Contatores ___________________________________________________________2455.2.1 Definio (de norma): ____________________________________________________ 2455.2.2 Contato Principal ________________________________________________________ 2455.2.3 Contatos Auxiliares ______________________________________________________ 2465.2.4 Sistema de Acionamento __________________________________________________ 2465.2.5 Etiquetas e Identificao de Terminais________________________________________ 2475.2.5.1 Nomenclatura de Contatos em Contatores__________________________________ 2475.2.6 Fases de uma Manobra____________________________________________________ 2515.2.6.1 Processo de Ligao __________________________________________________ 2515.2.6.2 Estado Fechado ______________________________________________________ 2535.2.6.3 Processo de Desligamento______________________________________________ 2545.2.6.4 Estado Aberto _______________________________________________________ 2545.2.7 Ensaios Realizados_______________________________________________________ 2545.2.8 Posio de Montagem ____________________________________________________ 2565.3 Dimensionamento de Contatores de Fora_________________________________2575.3.1 Critrios de Escolha ______________________________________________________ 2575.3.2 Comutao de Motores com Rotor de Gaiola __________________________________ 2595.3.2.1 Escolha para Categoria de Emprego AC3 __________________________________ 2595.3.3 Comutao de Cargas Resistivas Categoria AC-1 _____________________________ 2595.3.4 Chaveamento de Capacitores Categoria AC-6b _______________________________ 2605.3.5 Comutao de Lmpadas __________________________________________________ 2605.3.5.1 Lmpadas Incandescentes ______________________________________________ 2615.3.5.2 Lmpadas Fluorescentes _______________________________________________ 2615.3.5.3 Lmpadas de Vapor de Mercrio de Alta Presso____________________________ 2615.3.5.4 Lmpadas de Vapor Metlico de Halognio ________________________________ 2615.3.5.5 Lmpadas Mistas_____________________________________________________ 2615.3.5.6 Lmpadas de Vapor de Sdio de Alta e Baixa Presso ________________________ 2615.3.6 Comutao de Corrente Contnua ___________________________________________ 2625.3.7 Comutao em Aplicaes Especiais_________________________________________ 2625.3.7.1 Comutao de transformadores a vazio (sem carga no secundrio): ______________ 2625.3.7.2 Comutao de Transformadores em Mquinas de Solda: ______________________ 2635.3.8 Acessrios _____________________________________________________________ 2635.4 Protetores Trmicos (sondas trmicas) para Motores Eltricos_______________2665.4.1 Termostatos: ____________________________________________________________ 2665.4.2 Termistores PTC _______________________________________________________ 2685.4.3 TermoresistnciaS PT100 ________________________________________________ 2695.4.4 Protetores Bimetlicos de Disco: ____________________________________________ 2705.5 Rels de Sobrecarga ___________________________________________________2715.5.1 Definio e Funo_______________________________________________________ 2715.5.2 Construo e Operao____________________________________________________ 2715.5.2.1 Dispositivo Mecnico Sensvel Contra Falta de Fase _________________________ 2725.5.2.2 Proteo com Rels + TCs _____________________________________________ 2745.5.2.3 Curva Caracterstica de Desarme (conforme IEC 947) ________________________ 2745.5.3 Condies de Servio _____________________________________________________ 2755.5.3.1 Temperatura Ambiente ________________________________________________ 2755.5.3.2 Compensao de Temperatura___________________________________________ 2755.5.3.3 Posio de Montagem _________________________________________________ 2765.5.4 Caractersticas de Operao ________________________________________________ 2765.5.4.1 Corrente Nominal do Motor ____________________________________________ 2765.5.4.2 Caractersticas da Rede ________________________________________________ 2765.5.4.3 Nmero de Manobras _________________________________________________ 2765.5.4.4 Instalao de Rels Tripolares para Servio Mono e Bifsico___________________ 2765.5.5 Rels de Sobrecarga WEG_________________________________________________ 2775.5.5.1 CaractersticasDos Rels WEG: _________________________________________ 2785.5.5.2 Terminais: __________________________________________________________ 278WEG Transformando Energia em Solues8Mdulo 1 Comando e Proteo5.5.5.3 Tecla Multifuno - Programao RW 17, 27, 67 117.1, 117.2, 317 e 407D _______ 2795.6 Rels de Tempo _______________________________________________________2805.6.1.1 Rels de Tempo com Retardo na Energizao (RTW...E)______________________ 2805.6.1.2 Rel de Tempo Estrela-Tringulo (RTW..Y-)______________________________ 2825.6.2 Rel de Sequncia de Fase (RSW) ___________________________________________ 2845.6.3 Rel de Proteo PTC (RPW-PTC) __________________________________________ 2865.6.4 Rel Falta de Fase _______________________________________________________ 2885.6.4.1 Com Neutro na Instalao ______________________________________________ 2885.6.4.2 Sem Neutro na Instalao ______________________________________________ 2895.6.5 Rel de Mnima e Mxima Tenso___________________________________________ 2895.6.6 Controladores de Nvel____________________________________________________ 2905.6.6.1 Controladores de Nvel Mecnicos (Chaves Bia)__________________________ 2905.6.6.2 Controladores de Nvel Eletrnicos _______________________________________ 2905.6.7 Consideraes Importantes Sobre Rels Eletrnicos _____________________________ 2915.7 Transformadores _____________________________________________________2935.7.1 Transformador de Comando________________________________________________ 2935.7.1.1 Formas de Instalao __________________________________________________ 2935.7.1.2 Dimensionamento ____________________________________________________ 2935.7.2 Auto Transformadores de Partida____________________________________________ 2945.7.2.1 Dimensionamento ____________________________________________________ 2945.7.3 Transformadores de Corrente (TCs) _________________________________________ 2955.8 Disjuntor ____________________________________________________________2965.8.1 Funcionamento__________________________________________________________ 2965.8.2 Capacidade de Interrupo_________________________________________________ 2975.8.3 Categoria de Utilizao para Disjuntores ______________________________________ 2975.8.4 Classificao dos Disjuntores_______________________________________________ 2985.8.4.1 Sob o ngulo de funcionamento, podemos classific-los em trs classes denominadasstandard, limitadores e seletivos. _________________________________________ 2985.8.4.2 Pode-se classificar os disjuntores, tambm, sob o ponto de vista de aplicao em: __ 2995.8.5 Disparadores em Disjuntores _______________________________________________ 3005.8.6 Vida til e Freqncia de Manobra __________________________________________ 3005.8.7 Contatos Auxiliares ______________________________________________________ 3015.8.8 Tipos de Disjuntores______________________________________________________ 3015.8.8.1 Disjuntores Ligados Diretamente Carga __________________________________ 3025.8.8.2 Disjuntores de Distribuio _____________________________________________ 3025.8.8.3 Disjuntores de Acoplamento ____________________________________________ 3025.9 Seletividade entre Dispositivos de Proteo em Baixa Tenso _________________3035.9.1 Fusveis Ligados em Srie com Fusveis ______________________________________ 3035.9.2 Fusveis Ligados em Srie com Disjuntores____________________________________ 3035.9.3 Disjuntor em Srie com Fusvel _____________________________________________ 3045.10 Anlise e Determinao do Nvel de Curto-Cicuito_________________________3065.10.1 Introduo _____________________________________________________________ 3065.10.2 Anlise do Curto-Circuito Trifsico Tripolar_________________________________ 3065.10.3 Valores mdios de impedncia e resistncia de transformadores ___________________ 3105.10.4 Clculo de Curto-Circuito pelo Mtodo Simplificado____________________________ 3105.10.5 Determinao das Resistncias Adicionais do Sistema___________________________ 3105.10.6 Grandezas para a Especificao ____________________________________________ 3125.10.6.1 Corrente Nominal ___________________________________________________ 3125.10.6.2 Tenso Nominal _____________________________________________________ 3125.10.6.3 Valor eficaz da Corrente de Curto-Circuito Ik______________________________ 3125.11 Exerccio de aplicao de dimensionamento de nvel de curto-circuito. ________3135.12 Linha de Disjuntores em Caixa Moldada WEG ___________________________3185.12.1Caractersticas: __________________________________________________________ 318WEG Transformando Energia em Solues9Mdulo 1 Comando e Proteo5.12.2Etiqueta de Identificao: __________________________________________________ 3185.12.3Dados complementares para a seleo de disjuntores: ____________________________ 3205.12.4Funes adicionais da linha WEG:___________________________________________ 3215.12.5Acessrios _____________________________________________________________ 3215.12.6Disjuntores Para a Proteo de Circuitos de Motores (DW-M) _____________________ 3245.12.7Disjuntores Para a Proteo de Geradores (DW-G) ______________________________ 3245.12.8Chave de Transferncia Motorizada- CTM ___________________________________ 3255.12.9Interruptores - IW________________________________________________________ 3255.13 Exemplo de Seleo___________________________________________________3265.13.1Nvel de Curto-Circuito da Instalao ________________________________________ 3275.14 Disjuntor-MotorMPW 25 ___________________________________________3285.14.1 Tabela de Seleo _______________________________________________________ 3285.14.2 Dados Tcnicos _________________________________________________________ 3295.14.3 Curvas de Disparo_______________________________________________________ 3305.14.4 Posio de Montagem ____________________________________________________ 3315.14.5 Acessrios _____________________________________________________________ 3315.15 Linha de MINIDISJUNTORES ________________________________________3335.15.1 Minidisjuntores MBW____________________________________________________ 3335.15.1.1 Caractersticas Gerais ________________________________________________ 3335.15.1.2 Curvas Caractersticas de Disparo_______________________________________ 3335.15.1.3 Coordenao de Proteo______________________________________________ 3345.15.1.4 Tabela de Seleo ___________________________________________________ 3345.15.1.5 Exemplo de codificao: ______________________________________________ 3355.15.1.6 Dados Tcnicos _____________________________________________________ 3355.15.2 Interruptores Seccionadores SDW___________________________________________ 3365.15.2.1 Tabela de Seleo ___________________________________________________ 3365.15.2.2 Exemplo de codificao: ______________________________________________ 3365.15.2.3 Dados Tcnicos _____________________________________________________ 3365.15.3 Interruptores Diferenciais Residuais DRs ___________________________________ 3375.15.3.1 Sensibilidade 30mA ou 300mA _______________________________________ 3375.15.3.2 Princpio de Funcionamento ___________________________________________ 3375.15.3.3 Diagramas de Ligao ________________________________________________ 3385.15.3.4 Tabela de Seleo ___________________________________________________ 3385.15.3.5 Exemplo de codificao: ______________________________________________ 3395.15.4 Dimenses: ____________________________________________________________ 3395.15.4.1 Minidisjuntores MBW / Interruptores Seccionadores SDW ___________________ 3395.15.4.2 Interruptores Diferenciais Residuais - DRs RBW _________________________ 3395.16 Comando e Sinalizao________________________________________________3405.16.1Montagem _____________________________________________________________ 3405.16.1.1 Encaixe e Posicionamento _____________________________________________ 3405.16.1.2 Montagem _________________________________________________________ 3405.16.1.3 Segurana e Confiabilidade ____________________________________________ 3415.16.2Linha BW - 22mm _____________________________________________________ 3415.17 Escolha do Tipo de Chave _____________________________________________3435.17.1 Partida Direta __________________________________________________________ 3435.17.2 Partida Estrela-Tringulo _________________________________________________ 3445.17.2.1 Seqncia Operacional (Com Rel de Tempo Estrela-Tringulo) _______________ 3475.17.3 Partida Compensadora____________________________________________________ 3475.17.4 Partida Srie-Paralelo ____________________________________________________ 3495.17.5 Comparativo Estrela Tringulo x Compensadora _______________________________ 3525.17.6 Escolha da Chave em Funo do Motor e da Rede ______________________________ 3525.18 Dimensionamento dos Componentes Bsicos da Chave _____________________3545.18.1 Chave de Partida Direta___________________________________________________ 355WEG Transformando Energia em Solues10Mdulo 1 Comando e Proteo5.18.1.1 Corrente no Trecho __________________________________________________ 3555.18.1.2 Roteiro de Clculo___________________________________________________ 3555.18.1.3 Diagrama Padro WEG_______________________________________________ 3585.19 Chave de Partida Estrela-Tringulo_____________________________________3595.19.1 Correntes nos Trechos ____________________________________________________ 3595.19.2 Roteiro de Clculo_______________________________________________________ 3615.19.3 Diagrama Padro WEG___________________________________________________ 3655.20 Chave de Partida Compensadora _______________________________________3675.20.1 Corrente nos Trechos_____________________________________________________ 3675.20.2 Roteiro de Clculo_______________________________________________________ 3695.20.3 Diagrama Padro WEG___________________________________________________ 3735.21 Chave de Partida Estrela Srie Paralela__________________________________3745.21.1 Corrente nos Trechos_____________________________________________________ 3745.21.2 Roteiro de Clculo_______________________________________________________ 3765.21.3 Diagrama Padro WEG___________________________________________________ 3795.22 Equipamentos Opcionais ______________________________________________3815.23 Diagrama de Chaves Especiais _________________________________________3825.23.1 Reverso Direta _________________________________________________________ 3825.23.2 Partida Direta com Frenagem ______________________________________________ 3825.23.3 Comando por Boto Fim de Curso __________________________________________ 3835.23.4 Comando por Pressostato _________________________________________________ 3835.23.5 Proteo Trmica por Termistor ____________________________________________ 3845.23.6 Motor de Duas Rotaes com Dois Enrolamentos Separados ______________________ 3845.23.7 Motor Dahlander ________________________________________________________ 3855.23.8 Estrela-Tringulo com reverso ____________________________________________ 3855.23.9 Partida Compensadora com Apenas um Auto Transformador _____________________ 3865.24 Condio de Servios de Chaves ________________________________________3875.24.1 Queda de Tenso________________________________________________________ 3875.24.1.1 Circuitos Alimentadores de Motores Eltricos _____________________________ 3875.24.1.2 Motores de Induo __________________________________________________ 3875.24.1.3 Circuitos de Comando ________________________________________________ 3885.24.1.4 Componentes de Comando ____________________________________________ 3885.24.1.5 Principais Causadores de Queda de Tenso________________________________ 3895.24.2 Limites de Temperatura __________________________________________________ 3895.24.3 Limites de Altitude ______________________________________________________ 3895.24.4 Posio de Montagem____________________________________________________ 3895.24.5 Vibraes______________________________________________________________ 3905.24.6 Graus de Proteo _______________________________________________________ 3905.25 Instalao e Manuteno de Chaves _____________________________________3915.25.1 Transporte _____________________________________________________________ 3915.25.2 Armazenagem e Longas Paradas de Chaves (ex: Irrigao) _______________________ 3915.25.3 Recomendaes Para Primeira Partida de Motores______________________________ 3915.25.4 Aterramento____________________________________________________________ 3925.25.5 Conexes Eltricas ______________________________________________________ 3925.25.6 Manuteno em Chaves de Partida __________________________________________ 3935.25.6.1 Tipos de Manuteno_________________________________________________ 3935.25.7 Substituio de Fusveis __________________________________________________ 3935.25.8 Substituio de Contatos de Contatores ______________________________________ 3945.25.9 Ajustes em Rels de Sobrecarga e de Tempo __________________________________ 3945.25.10 Principais Defeitos e Suas Causasem Chaves de Partidas_______________________ 3955.26 Soft Starter ________________________________________________________3975.26.1 Introduo _____________________________________________________________ 397WEG Transformando Energia em Solues11Mdulo 1 Comando e Proteo5.26.2 Princpio de Funcionamento _______________________________________________ 3975.26.2.1 Circuito de potncia__________________________________________________ 3985.26.2.2 Circuito de controle __________________________________________________ 3985.26.3 Principais Caractersticas _________________________________________________ 3985.26.3.1 Principais Funes ___________________________________________________ 3985.26.3.2 Protees __________________________________________________________ 4035.26.3.3 Acionamentos tpicos (Modelos SSW 03 e SSW 04) ________________________ 4065.26.4 Principais aplicaes para Soft-Starters ______________________________________ 4095.26.4.1 Bombas centrfugas __________________________________________________ 4095.26.4.2 Compressores_______________________________________________________ 4105.26.4.3 Ventiladores________________________________________________________ 4105.26.4.4 Misturadores _______________________________________________________ 4115.26.4.5 Moinhos ___________________________________________________________ 4125.26.4.6 Transportadores _____________________________________________________ 4135.26.4.7 Centrfugas_________________________________________________________ 4145.26.5 Critrios para dimensionamento ____________________________________________ 4145.26.5.1 Situao Ideal_______________________________________________________ 4165.26.5.2 Situao Normal ____________________________________________________ 4235.26.6 Consideraes Importantes ________________________________________________ 4245.27 SOFT-STARTER SSW-03 Plus / SSW-04 _______________________________4315.27.1 Benefcios _____________________________________________________________ 4315.27.2 Principais Aplicaes ____________________________________________________ 4325.27.3 Tipos de Ligao (SOFT-STARTER MOTOR)______________________________ 4325.27.4 Redes de Comunicao FieldBus__________________________________________ 4335.27.5 Caractersticas Tcnicas (SSW-03Plus e SSW 04) ______________________________ 4345.28 SOFT-STARTER SSW-05____________________________________________4355.28.1 Benefcios _____________________________________________________________ 4355.28.2 Modelos _______________________________________________________________ 4355.28.3 Ajustes e Indicaes _____________________________________________________ 4365.29 Caractersticas Tcnicas (SSW-05) ______________________________________4376 CORREO DO FATOR DE POTNCIA _____________________________ 4386.1 Introduo ___________________________________________________________4386.2 Legislao Atual ______________________________________________________4396.2.1 Excedente de reativo _____________________________________________________ 4396.2.1.1 Forma de avaliao ___________________________________________________ 4396.2.1.2 Faturamento_________________________________________________________ 4396.3 Fator de Potncia _____________________________________________________4426.3.1 Conceitos Bsicos________________________________________________________ 4426.3.2 Consequncias e Causas de um Baixo Fator de Potncia__________________________ 4436.3.2.1 Perdas na Instalao___________________________________________________ 4436.3.2.2 Quedas de Tenso ____________________________________________________ 4436.3.2.3 Subutilizao da Capacidade Instalada ____________________________________ 4436.3.2.4 Principais Conseqncias ______________________________________________ 4446.3.2.5 Causas do Baixo Fator de Potncia _______________________________________ 4456.3.3 Onde Corrigir o Baixo Fator de Potncia? _____________________________________ 4456.3.4 Vantagens da Correo do Fator de Potncia___________________________________ 4456.3.4.1 Melhoria da Tenso ___________________________________________________ 4456.3.4.2 Reduo das Perdas ___________________________________________________ 4466.3.4.3 Vantagens da Empresa_________________________________________________ 4486.3.4.4 Vantagens da Concessionria ___________________________________________ 4486.3.5 Definies______________________________________________________________ 4486.4Correo do Fator de Potncia em Baixa Tenso____________________________449WEG Transformando Energia em Solues12Mdulo 1 Comando e Proteo6.4.1 Tipos de Correo do Fator de Potncia_______________________________________ 4496.4.1.1 Correo na mdia tenso ______________________________________________ 4506.4.2 Projeto da Correo do Fator de Potncia _____________________________________ 4516.4.2.1 Levantamento de Dados________________________________________________ 4516.4.2.2 Determinao da Potncia Reativa _______________________________________ 4526.4.2.3 Dimensionamento da Potncia Reativa Capacitiva para a Correo do Transformador 4536.4.2.4 Clculo da Capacitncia do Capacitor _____________________________________ 4536.4.2.5 Clculo da Corrente do Capacitor Para o Dimensionar os Contatores_____________ 4536.4.2.6 Proteo Contra Curto-circuito __________________________________________ 4546.4.2.7 Condutores__________________________________________________________ 4546.4.2.8 Dimensionamento da Potncia Reativa Capacitiva Para a Correo Localizada_____ 4546.4.2.9 Dimensionamento da Potncia Reativa para Bancos Automticos _______________ 4546.4.3 Correo do Fator de Potncia em Redes com Harmnicas________________________ 4566.4.3.1 Origem das Harmnicas _______________________________________________ 4566.4.3.2 Classificao das Harmnicas ___________________________________________ 4576.4.3.3 Cargas no Lineares___________________________________________________ 4576.4.3.4 Problemas Causados Pelas Harmnicas____________________________________ 4576.4.3.5 Fator de Potncia com Harmnicas _______________________________________ 4586.4.3.6 Medies ___________________________________________________________ 4606.4.3.7 Efeitos de Ressonncia ________________________________________________ 4616.4.3.8 Proteo Contra Harmnicas ____________________________________________ 4626.5 Cuidados na Aplicao de Capacitores____________________________________4646.5.1 Interpretao dos principais parmetros dos capacitores __________________________ 4646.6 Cuidados na Instalao de Capacitores ___________________________________4666.6.1 Local da Instalao_______________________________________________________ 4666.6.2 Localizao dos Cabos de Comando _________________________________________ 4666.6.3 Cuidados na Instalao Localizada __________________________________________ 4666.7 Manuteno Preventiva ________________________________________________4676.7.1 Periodicidade e Critrios Para a Inspeo _____________________________________ 4676.8 Principais Conseqncias da Instalao Incorreta de Capacitores _____________4686.9Capacitores em Instalaes Eltricas com Fonte de Alimentao Alternativa (GrupoGerador) ____________________________________________________________4706.10 Aplicao de Contatores para Manobra de Capacitores ____________________4716.11 Tabelas e Esquemas __________________________________________________4726.11.1 Tabela do Fator Multiplicador______________________________________________ 4726.11.2 Tabela Para Correo de Motores Linha standart______________________________ 4736.11.3 Tabela para a Correo de Motores Linha Plus _______________________________ 4746.11.4 Esquema de Ligao e Tabela de Dimensionamento de contatores para manobra decapacitores com potncias Superiores a 15kvar em 220V e 25kvar em 380/440V ______ 4756.11.5 Tabela de Conduo de corrente(A) de fios e cabos_____________________________ 4766.11.6 Correo Para Chaves de Partida Direta ______________________________________ 4776.11.7 Correo para Chave de Direta Com kc_____________________________________ 4786.11.8 Correo para Chave de Partida Estrela-Tringulo I_____________________________ 4796.11.9 Correo para Chave de Partida Estrela-Tringulo II ____________________________ 4806.11.10 Correo para Chave de Partida Compensadora _______________________________ 4816.11.11 Correo para Chave de Partida EstrelaSrie-Paralelo I (PSW) __________________ 4826.11.12 Correo para Chave de Partida Estrela Srie-Paralelo II (PSW) __________________ 4836.11.13 Correo para Chave de Partida Direta com Reverso __________________________ 4846.11.14 Contatores Convencionais para Regime AC-6b _______________________________ 4856.11.15 Potncia em kvar Para Correo Fixa de Transformadores WEG Operando em Vazio _ 486AnexosWEG Transformando Energia em Solues13Mdulo 1 Comando e ProteoWEG Transformando Energia em Solues14Mdulo 1 Comando e Proteo1MANUALDEMOTORES ELTRICOS1.1 HISTRICOO ano de 1866 pode ser considerado, em termos prticos, como o ano de nascimento damquina eltrica, pois foi nesta data que o cientista alemo Werner Siemens inventou o primeirogeradordecorrentecontnuaauto-induzido.Entretanto,deve-semencionarqueestamquinaeltrica,querevolucionouomundoempoucosanos,foioltimoestgiodeumprocessodeestudos, pesquisas e invenes de muitos outros cientistas, durante quase trs sculos.Em 1600 o cientista ingls William Gilbert publicou, em Londres, a obra intitulada DeMagnete,descrevendoaforadeatraomagntica.OfenmenodaeletricidadeestticajhaviasidoobservadopelogregoTales,em641AC,eleverificouqueaoatritarumapeadembarcompanoestaadquiriaapropriedadedeatraircorposleves,comoplos,penas,cinzas,etc.A primeira mquina eletrosttica foi construda em 1663, pelo alemo Otto Guericke, eaperfeioada em 1775 pelo suo Martin Planta.OfsicodinamarqusHansChristianOersted,aofazerexperinciascomcorrenteseltricas,verificouaoacaso,em1820,queaagulhamagnticadeumabssolaeradesviadadesuaposionorte-sulquandoestapassavapertodeumcondutornoqualcirculavacorrenteeltrica.EstaobservaopermitiuaOerstedreconhecerantimarelaoentremagnetismoeeletricidade, dando assim o primeiro passo em direo ao desenvolvimento do motor eltrico.OsapateiroinglsWilliamSturgeon-que,paralelamentesuaprofisso,estudavaeletricidade nas horas de folga - baseando-se na descoberta de Oersted constatou, em 1825, queumncleodeferroenvoltoporumfiocondutoreltricotransformava-seemimquandoseaplicavaumacorrenteeltrica,observandotambmqueaforadoimcessavatologoacorrentefosseinterrompida.Estavainventandooeletrom,queseriadefundamentalimportncia na construo de mquinas eltricas girantes.Masasexperinciascomomagnetismoeaeletricidadenocessaram.Em1832,ocientistaitalianoS.DalNegroconstruiuaprimeiramquinadecorrentealternadacommovimento de vaivm. J no ano de 1833 o ingls W. Ritchie inventou o comutador, construindoumpequenomotoreltricoondeoncleodeferroenroladogiravaemtornodeumimpermanente. Para dar uma rotao completa, a polaridade do eletrom era alternada a cada meiavoltaatravsdocomutador.Ainversodapolaridadetambmfoidemonstradapelomecnicoparisiense H. Pixii ao construir um gerador com um im em forma de ferradura que girava diantededuasbobinasfixascomumncleodeferro.Acorrentealternadaeratransformadaemcorrente contnua pulsante atravs de um comutador.Grande sucesso obteve o motor eltrico desenvolvido pelo arquiteto e professor de fsicaMoritz Hermann Von Jacobi - que, em 1838, aplicou-o a uma lancha.Somenteem1866Siemensconstruiuumgeradorsemautilizaodeimpermanente,provandoqueatensonecessriaparaomagnetismopodiaserretiradadoprprioenrolamentodorotor,isto,queamquinapodiaauto-excitar-se.OprimeirodnamodeWernerSiemenspossuaumapotnciadeaproximadamente30wattseumarotaode1200rpm.AmquinadeSiemensnofuncionavasomentecomogeradordeeletricidade.Podiatambmoperarcomomotor, desde que se aplicasse aos seus bornes uma corrente contnua.Em1879,afirmaSiemens&Halskeapresentou,nafeiraindustrialdeBerlim,aprimeira locomotiva eltrica, com uma potncia de 2kW.WEG Transformando Energia em Solues15Mdulo 1 Comando e ProteoAnovamquinadecorrentecontnuaapresentavavantagensemrelaomquinaavapor,rodadguaeforaanimal.Entretanto,oaltocustodefabricaoesuavulnerabilidadeemservio(porcausadocomutador)marcaram-nadetalmodoquemuitoscientistasdirigiramsuasatenesparaodesenvolvimentodeummotoreltricomaisbarato,mais robusto e de menor custo de manuteno.Entreospesquisadorespreocupadoscomestaidiadestacam-seoiugoslavoNicolaTesla, o italiano Galileu Ferraris e o russo Michael Von Dolivo Dobrowolsky. Os esforos no serestringiram somente ao aperfeioamento do motor de corrente contnua, mas tambm se cogitoude sistemas de corrente alternada, cujas vantagens j eram conhecidas desde 1881.Em1885,oengenheiroeletricistaGalileuFerrarisconstruiuummotordecorrentealternadadeduasfases.Ferraris,apesardeterinventadoomotordecampogirante,concluiuerroneamentequemotoresconstrudossegundoesteprincpiopoderiam,nomximo,obterumrendimento de 50% em relao potncia consumida. E Tesla apresentou, em 1887, um pequenoprottipodemotordeinduobifsicocomrotoremcurto-circuito.Tambmestemotorapresentourendimentoinsatisfatrio,masimpressionoudetalmodoafirmanorte-americanaWestinghouse,queestalhepagouummilhodedlarespeloprivilgiodapatente,almdesecomprometer ao pagamento de um dlar para cada HP que viesse a produzir no futuro. O baixorendimentodestemotorinviabilizoueconomicamentesuaproduoetrsanosmaistardeaspesquisas foram abandonadas.Foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, que, persistindo napesquisa do motor de corrente alternada entrou, em 1889, com o pedido de patente de um motortrifsicocomrotordegaiola.Omotorapresentadotinhaumapotnciade80watts,umrendimento aproximado de 80% em relao potncia consumida e um excelente conjugado departida.Asvantagensdomotorcomrotordegaiolaemrelaoaodecorrentecontnuaerammarcantes:construomaissimples,silencioso,menormanutenoealtaseguranaemoperao.Dobrowolskydesenvolveu,em1891,aprimeirafabricaoemsriedemotoresassncronos, nas potncias de 0,4 a 7,5kW.WEG Transformando Energia em Solues16Mdulo 1 Comando e Proteo1.2 NOES FUNDAMENTAIS1.2.1MOTORES ELTRICOSO Universo Tecnolgico em Motores Eltricos1.2.1.1 MOTOR SNCRONOOsmotoressncronossomotoresdevelocidadeconstanteeproporcionalcomafrequnciadarede.Osplosdorotorseguemocampogiranteimpostoaoestatorpelarededealimentao trifsica. Assim, a velocidade do motor a mesma do campo girante.Basicamente, o motor sncrono composto de um enrolamento estatrico trifsico, queproduzoquesedesignadecampogirante,edeumrotorbobinado(deplossalientesoudeploslisos)queexcitadoporumatensoCC.EstatensoCCdeexcitaogeraumcampoestacionrionorotorqueinteragindocomocampogiranteproduzidopeloenrolamentoestatrico, produz torque no eixo do motor com uma rotao igual ao prprio campo girante.WEG Transformando Energia em Solues17Mdulo 1 Comando e ProteoFigura 1.1 - Motor sncrono O maior conjugado que o motor pode fornecer est limitado pela mxima potncia quepodesercedidaantesdaperdadesincronismo,isto,quandoavelocidadedorotorsetornadiferentedavelocidadedocampogirante,ocasionandoaparadadomotor(tombamento).Aexcitaodeterminatambmasporcentagensdepotnciaativaereativaqueomotorretiradarede, para cada potncia mecnica solicitada pela carga.Este tipo de motor tem a sua aplicao restrita a acionamentos especiais, que requeremvelocidadesinvariveisemfunodacarga(atolimitemximodetorquedomotor).Asuautilizaocomconversoresdefrequnciapodeserrecomendadaquandosenecessitaumavariao de velocidade aliada a uma preciso de velocidade mais apurada.A rotao do eixo do motor (rotao sncrona) expressa por:pfnS2120 =Onde:nS = Rotao sncrona (rpm);f = Frequncia (Hz);2p = Nmero de plos.1.2.1.2 MOTOR ASSNCRONOOsmotoresassncronosoudeinduo,porseremrobustosemaisbaratos,soosmotoresmaislargamenteempregadosnaindstria.Nestesmotores,ocampogirantetemavelocidade sncrona, como nas mquinas sncronas.Teoricamente,paraomotorgirandoemvazioesemperdas,orotorteriatambmavelocidadesncrona.Entretantoaoseraplicadooconjugadoexternoaomotor,oseurotordiminuir a velocidade na justa proporo necessria para que a corrente induzida pela diferenaderotaoentreocampogirante(sncrono)eorotor,passeaproduzirumconjugadoeletromagntico igual e oposto ao conjugado externamente aplicado.WEG Transformando Energia em Solues18Mdulo 1 Comando e ProteoEstetipodemquinapossuivriascaractersticasprprias,quesodefinidasedemonstradasemumalargagamadeobrasdedicadasexclusivamenteaesteassunto.Nestaapostilaveremososprincpioseequaesbsicasnecessriasparaodesenvolvimentodotemavoltado aplicao de conversores de frequncia para a variao de velocidade.A rotao do eixo do motor expressa por:( ) spfnS = 12120Onde:nS= Rotao sncrona (rpm);f= Frequncia (Hz);2p= Nmero de plos;s= Escorregamento.Basicamenteosmotoresassncronossesubdividememdoistiposprincipais,osquaisso:1.2.1.2.1ROTOR GAIOLAOsmotoresdestetipotambmsocomumentechamadosdemotoresdeGAIOLADEESQUILO,poisseuenrolamentorotricotemacaractersticadesercurto-circuitado,assemelhando-se a tal, como mostrado na figura a seguir :Figura 1.2 Motor assncrono de rotor gaiola1.2.1.2.2ROTOR BOBINADOOmotordeanispossuiamesmacaractersticaconstrutivadomotordeinduocomrelao ao estator, mas o seu rotor bobinado com um enrolamento trifsico, acessvel atravs detrs anis com escovas coletoras no eixo.WEG Transformando Energia em Solues19Mdulo 1 Comando e ProteoGraasacaractersticadoajustedacurvadeconjugadoxrotaoemfunodoaumentodaresistnciarotricapelainclusoderesistoresexternos,soestesmotoreslargamenteutilizadosnoacionamentodesistemasdeelevadainrciaenoscasosemqueoconjugado resistente em baixas rotaes seja altocomparativamente ao conjugado nominal.Poroutrolado,paraacionamentoscombaixainrcia,estesmotorespodemapresentarcorrentes de acelerao reduzidas.Figura 1.3 Motor assncrono de rotor de anis1.2.1.3 MOTOR CCAsmquinasdecorrentecontnua,emfunodoseuprincpiodefuncionamento,permitem variar a velocidade de zero at a velocidade nominal aliada com a possibilidade de seterconjugadoconstante.Estacaractersticadefundamentalimportncia,poisdessaformatorna-se possvel fazer o acionamento em vrias aplicaes que exigem ampla faixa de variaode velocidade com uma tima regulao e preciso de velocidade.Sendoumsistemaespecficoedirecionadoaaplicaesdedicadas,osmotoresdecorrentecontnuasodimensionadosdeformaaterassuascaractersticasdefinidasespecialmenteaoacionamento,vindocomistoaacarretaremumaelevaodoscustosdeproduo e ser considerado como uma mquina diferenciada, onde na maior parte das situaes produzida sob encomenda.Osistemadeacionamentoporcorrentecontnuaaindaumsistemalargamenteutilizado, pois em muitas aplicaes necessrio que se tenha uma tima preciso de velocidade(at 0,01%), principalmente nas aplicaes de sincronismo entre vrios motores.Paraqueistopossaocorrer,amaioriadosacionamentosCCsorealimentados,isto,possuemnomotorCCumtacogeradoracopladoaoseueixoqueforneceinformaodavelocidade do motor com o intuito de melhorar a sua regulao de velocidade.Outracaractersticadestesmotoresquepossuememsuamaioriaventilaoindependente e classe de isolamento melhorada (classe F), para que permitam a sua operao emvelocidades reduzidas sem problemas de sobreaquecimento e reduo de sua vida til. A rotaodo motor de corrente contnua expressa por:( )mA A AkI R Un =WEG Transformando Energia em Solues20Mdulo 1 Comando e ProteoOnde:UA = Tenso de armadura (Vcc);IA= Corrente de armadura (Acc);RA = Resistncia de armadura;k = Constante;m = Fluxo magnetizante;n = Rotao (rpm).Osmotoresdecorrentecontnuapermitemtambmaoperaocomrotaesalmdarotao nominal, utilizando-se o que se caracteriza por "ENFRAQUECIMENTO DE CAMPO",que o aumento da rotao atravs da reduo do fluxo magnetizante e conseqente reduo detorque, conforme descrito na regio II da figura a seguir:Figura 1.4 - Caracterstica do conjugado x rotao do motor CCFigura 1.5 Motor Corrente Contnua1.2.2CONCEITOS BSICOS1.2.2.1 CONJUGADOO conjugado, tambm chamado de torque ou binrio, a medida do esforo necessriopara girar o eixo. Para medir o esforo necessrio para fazer girar o eixo no basta definir a foraempregada,precisotambmdizeraquedistnciadoeixoaforaaplicada.Oesforomedido pelo conjugado, que o produto da fora pela distncia.WEG Transformando Energia em Solues21Mdulo 1 Comando e Proteol = F C (1.2.2.1.1)AunidadeutilizadaparaoconjugadonoSistemaInternacionaldeUnidades(SI)oNewton.metro (N.m).Figura 1.6Exemplo: Deseja-se levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poos,onde,aforaFqueprecisoaplicarmanivela,dependedocomprimento( l )damanivela.Quantomaiorforamanivela,menorseraforanecessriaparasuspenderobalde.Seobaldepesa 20N e o dimetro do tambor 0,20m, a corda transmitir uma fora de 20N na superfcie dotambor,isto,a0,10mdocentrodoeixo.Paracontrabalanarestafora,precisamde10Nnamanivela, se o comprimentolfor de 0,20m. Sel forodobro,isto,0,40m,aforaFserametade, ou seja 5N. Neste caso, o conjugado ser:m N m N m N F C 40 , 0 5 20 , 0 10 10 , 0 20 = = = = lm N C . 0 , 2 =1.2.2.2 ENERGIA E POTNCIA MECNICAApotnciamedearapidezcomqueaenergiaaplicadaouconsumida.Comonoexemploanterior,aenergiagastaouotrabalhorealizadoparatrazerobaldedofundoatasuperfciesempreamesma,pormapotnciaexprimearapidezcomqueestaenergiaaplicvelparaerguerobaldeataboca,ouseja,apotnciaaenergiaoutrabalhototalrealizado dividido pelo tempo total para realiz-lo. A unidade utilizada para a potncia mecnicano SI o Watt (W), porm a unidade mais usual para a potncia mecnica o c.v.(cavalo-vapor),equivalente a 736W.d F Wmec = (N.m)td FPmec=(W)WEG Transformando Energia em Solues22Mdulo 1 Comando e Proteotd FPmec=736 (cv)lembrando que, 1N.m = 1J = W.t. Para movimentos circulares.r F C =(N.m)60. . n dv=(m/s)736d FPmec= (cv)Onde: C = conjugado em N.m;F = fora em N;l = brao de alavanca em m;r = raio da polia em m;v = velocidade angular em m/s;d = dimetro da pea em m;n = velocidade em rpm.1.2.2.3 ENERGIA E POTNCIA ELTRICAEmboraaenergiasejaumas,elapodeserobtidadeformasdiferentes.Seligarumaresistnciaaumaredeeltricacomtenso,passarumacorrenteeltricaqueiraqueceraresistncia. A resistncia absorve energia e a transforma em calor, que tambm uma forma deenergia. Um motor eltrico absorve energia eltrica da rede e a transforma em energia mecnicadisponvel na ponta do eixo.1.2.2.3.1CIRCUITOS DE CORRENTE CONTNUAApotnciaeltrica,emcircuitosdecorrentecontnua,podeserobtidaatravsdarelao da tenso (U), corrente (I) e resistncia (R), envolvidas no circuito, ou seja:22I R PRUP I U P = = = (W)Onde: U = tenso em volt;I = corrente em ampres;R = resistncia em ohm;P = potncia mdia em watt.WEG Transformando Energia em Solues23Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.3.2CIRCUITOS DE CORRENTE ALTERNADAResistnciaNocasoderesistncias,quantomaioratensodarede,maiorseracorrenteemaisdepressaaresistnciairseaquecer.Istoquerdizerqueapotnciaeltricasermaior.Apotncia eltrica absorvida da rede, no caso da resistncia, calculada multiplicando-se a tensoda rede pela corrente, se a resistncia (carga), for monofsica.I U P =(W)No sistema trifsico a potncia em cada fase da carga ser f f fI U P = , como sefosseum sistema monofsico independente. A potncia total ser a soma das potncias das trs fases,ou seja:f f fI U P P = = 3 3Lembrando que o sistema trifsico ligado em estrela ou tringulo, tem-se as seguintesrelaes:Ligao estrela:fU U = 3efI I =Ligao tringulo:fU U = efI I = 3Assim, a potncia total, para ambas as ligaes, ser:I U P = 3 (W)Obs.: esta expresso vale para a carga formada por resistncias, onde no h defasagemda corrente em relao a tenso.Cargas ReativasPara as cargas reativas, ou seja, onde existe defasagem, como o caso dos motores deinduo, esta defasagem tem que ser levada em conta e a expresso fica: cos 3 = I U P (W)A unidade de medida usual para potncia eltrica o watt (W), correspondente a 1 voltx 1 ampre, ou seu mltiplo, o quilowatt = 1000 watts. Esta unidade tambm utilizadapara amedida de potncia mecnica.Aunidadedemedidausualparaenergiaeltricaoquilowatt-hora(kWh)correspondente energia fornecida por uma potncia de um quilowatt funcionando durante umahora a unidade que aparece, para cobrana, nas contas de luz.WEG Transformando Energia em Solues24Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.4 VELOCIDADE NOMINAL a velocidade (rpm) do motor funcionando potncia nominal, sob tenso e frequncianominais. A velocidade nominal depende do escorregamento e da velocidade sncrona. =100%1sn nS (rpm)A velocidade sncrona nS funo do nmero de plos e da frequncia de alimentao:pfnS2120 = (rpm)1.2.2.5 CORRENTE NOMINALacorrentequeomotorabsorvedaredequandofuncionapotncianominal,sobtenso e frequncia nominais. O valor da corrente nominal depende do rendimento () e do fatorde potncia (cos) do motor: cos 3.) . ( 736cos 31000 ) ( = =Uv c PUkW PI(A)Os valores tpicos de corrente, rendimento e fator de potncia dos motores WEG de II,IV, VI e VIII plos, so mostrados nos catlogos.1.2.2.6 POTNCIA APARENTE, ATIVA E REATIVAPotncia aparente (S):oresultadodamultiplicaodatensopelacorrente( I U S = parasistemasmonofsicoseI U S = 3 ,parasistemastrifsicos).Correspondeapotnciarealoupotnciaativaqueexistiriasenohouvessedefasagemdacorrente,ouseja,seacargafosseformada por resistncia. Ento, cosPS =(va) (1.2.2.6.1)Paraascargasresistivas,cos=1eapotnciaativaseconfundecomapotnciaaparente.Aunidadedemedidasparapotnciaaparenteovolt-ampre(va)ouseumltiplo,oquilovolt-ampre (kva).WEG Transformando Energia em Solues25Mdulo 1 Comando e ProteoPotncia ativa (P):aparceladapotnciaaparentequerealizatrabalho,ouseja,quetransformadaemenergia. cos 3 = I U P (W)(1.2.2.6.2)ou, cos = S P (W)(1.2.2.6.3)Potncia reativa (Q):aparceladapotnciaaparentequenorealizatrabalho.Apenastransferidaearmazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito. sen 3 = I U Q (v.a.r.) (1.2.2.6.4) sen = S Q (v.a.r.) (1.2.2.6.5)1.2.2.7 POTNCIA EQUIVALENTEEvidentementeummotoreltricodeversuprirmquinaacionadaapotncianecessria,sendorecomendvelquehajaumamargemdefolga,poispequenassobrecargaspodero ocorrer; ou ainda, dependendo do regime de servio, o motor pode eventualmente suprirmaisoumenospotncia.Apesardasinmerasformasnormalizadasdedescriodascondiesdefuncionamentodeummotor,freqentementenecessrionaprtica,avaliarasolicitaoimpostaaomotorporumregimemaiscomplexoqueaquelesdescritosnasnormas.Umaformausual calcular a potncia equivalente pela frmula:( )=Tmdt t PTP02). (1(1.2.2.7.1)Onde: Pm = potncia equivalente solicitada ao motor;P(t)= potncia, varivel pelo tempo, solicitada ao motor;T = durao total do ciclo (perodo).Omtodobaseadonahiptesedequeacargaefetivamenteaplicadaaomotoracarretaramesmasolicitaotrmicaqueumacargafictcia,equivalente,quesolicitacontinuamenteapotnciaPm.Baseia-setambmnofatodeserassumidaumavariaodasperdas com o quadrado da carga, e que a elevao de temperatura diretamente proporcional sperdas.Istoverdadeiroparamotoresquegiramcontinuamente,massosolicitadosintermitentemente. Assim:6 5 4 3 2 1626 525 424 323 222 121. . . . . .t t t t t tt P t P t P t P t P t PPm+ + + + ++ + + + += (1.2.2.7.2)WEG Transformando Energia em Solues26Mdulo 1 Comando e ProteoFigura 1.7 Funcionamento contnuo com solicitaes intermitentesNo caso do motor ficar em repouso entre os tempos de carga, a refrigerao deste serprejudicada.Assim,paraosmotoresondeaventilaoestvinculadaaofuncionamentodomotor(porexemplo,motorestotalmentefechadoscomventiladorexternomontadosnoprprioeixo do motor) a potncia equivalente calculada pela frmula:( )+=r ii imt tt PP31.) (22(1.2.2.7.3)Onde: ti = tempo em carga;tr = tempo em repouso;Pi = cargas correspondentes.( )7 4 2 6 5 3 1626 525 323 12131. . . .t t t t t t tt P t P t P t PPm+ + + + + ++ + += (1.2.2.7.4)Figura 1.8 Funcionamento com carga varivel ecom repouso entre os tempos de cargaWEG Transformando Energia em Solues27Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.8 TRINGULO DE POTNCIAFigura 1.9 Tringulo de potnciasOnde:S = potncia aparente;P = potncia ativa;Q = potncia reativa.1.2.2.9 FATOR DE POTNCIAO fator de potncia, indicado por cos, ondeongulodedefasagemdatensoemrelao corrente; a relao entre a potncia real (ativa) P e a potncia aparente S.I UW PSP = =3) (cos (1.2.2.9.1)Assim,Carga Resistiva: cos =1;Carga Indutiva: cos atrasado;Carga Capacitiva: cos adiantado.Ostermos,atrasadoeadiantado,referem-sefasedacorrenteemrelaofasedatenso.1.2.2.10 RENDIMENTOOmotoreltricoabsorveenergiaeltricadalinhaeatransformaemenergiamecnicadisponvelnoeixo.Orendimentodefineaeficinciacomquefeitaestatransformao.Chamado potncia til (Pu), a potncia mecnica disponvel no eixo e, potncia absorvida (Pa), apotncia eltrica que o motor retira da rede, o rendimento ser a relao entre as duas, ou seja:100cos . . . 3) . ( . 736100cos . . . 3) (100) () (% = = = I Uv c PI UW PW PaW Pu(1.2.2.10.1)WEG Transformando Energia em Solues28Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.10.1IMPORTNCIA DO RENDIMENTO importante que o motor tenha um rendimento alto, por dois motivos:Primeiro, porque, um rendimento alto significa perdas baixas e, portanto, um menoraquecimento do motor;Segundo, porque, quanto maior o rendimento, menor a potncia absorvida da linha,e portanto, menor o custo da energia eltrica paga nas contas mensais. O rendimentovariacomacargadomotor.OscatlogosdosmotoresWEG,indicamosvalorestpicosdorendimentoemfunodacarga.Estesvaloressorepresentadosgenericamente na figura 1.10.Figura 1.10 Curvas caractersticas tpicasde motores de induo trifsicosOnde: I corrente;In corrente nominal;P potncia;Pn potncia nominal;rpm rotao;rpms rotao sncrona; rendimento;cos fator de potncia.WEG Transformando Energia em Solues29Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.11 RELAO ENTRE UNIDADES DE POTNCIA) . ( . 736 , 0 ) ( v c P kW P =) ( . 359 , 1 ) . ( kW P v c P =1.2.2.12 RELAO ENTRE CONJUGADO E POTNCIAQuandoaenergiamecnicaaplicadasobaformademovimentorotativo,apotnciadesenvolvida depende do conjugado C e da velocidade de rotao n. As relaes so:7024) ( ) (716) ( ) () . (rpm n Nm C rpm n kgfm Cv c P==9555) ( ) (974) ( ) () (rpm n Nm C rpm n kgfm CkW P==Inversamente:) () ( 974) () . ( 716) (rpm nkW Prpm nv c Pkgfm C==) () ( 9555) () . ( 7024) (rpm nkW Prpm nv c PNm C==1.2.2.13 SISTEMAS DE CORRENTE ALTERNADA MONOFSICA1.2.2.13.1GENERALIDADESAcorrentealternadacaracteriza-sepelofatodequeatenso(voltagem),emvezdepermanecerfixa,comoentreosplosdeumabateria,variacomotempo,mudandodesentidoalternadamente,dondeoseunome.NosistemamonofsicoumatensoalternadaU(volt)gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I (ampre).Figura 1.11WEG Transformando Energia em Solues30Mdulo 1 Comando e ProteoRepresentando em um grfico os valores de U e I, a cada instante, vamos obter a figura1.11,estotambmindicadasalgumasgrandezasqueserodefinidasemseguida.Notequeasondasdetensoedecorrentenoestoemfase,isto,nopassampelovalorzeroaomesmotempo, embora tenha a mesma frequncia, isto acontece para muitos tipos de carga, por exemplo,enrolamentos de motores (cargas reativas).Frequncia: o nmero de vezes por segundo que a tenso muda de sentido e voltaa condio inicial. expressa em ciclos por segundo ou hertz, simbolizada por Hz;TensoMxima(Umx):ovalordepicodatenso,ouseja,omaiorvalorinstantneoatingidopelatensoduranteumciclo(estevaloratingidoduasvezespor ciclo, uma vez positivo e uma vez negativo).Corrente Mxima (Imx): o valor de pico da corrente;Valor eficaz de tenso e corrente (U e I): o valor da tenso e corrente contnuasquedesenvolvempotnciacorrespondentequeladesenvolvidapelacorrentealternada. Pode-se demonstrar que o valor eficaz vale:2mxUU =e2mxII =Exemplo: Quando liga-se uma resistncia a um circuito de corrente alternada (cos = 1)com Umx= 311 volts e Imx= 14,14 ampres, a potncia desenvolvida ser: cos . . .21cos . .mx mx I U I U P = = watts 2200 = PObs.: Na linguagem normal quando se fala em tenso e corrente, por exemplo, 220 voltsou 10 ampres, sem especificar mais nada, refere-se a valores eficazes da tenso ou da corrente,que so empregados na prtica.Defasagem (): o atraso da onda da corrente em relao a onda da tenso. Em vezdesermedidoemtempo(segundos),esteatrasogeralmentemedidoemngulo(grau)correspondentefraodeumciclocompleto,considerando1ciclo=360.Mas comumente a defasagem expressa pelo coseno do ngulo.WEG Transformando Energia em Solues31Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.2.13.2LIGAES EM SRIE E PARALELO(a) (b)Figura 1.12 (a) ligao em srie, (b) ligao em paraleloSe ligar duas cargas iguais a um sistema monofsico, esta ligao pode ser feita de doismodos:Ligaoemsrie(figura1.12(a)),emqueduascargassoatravessadaspelacorrentetotaldocircuito.Nestecaso,atensoemcadacargaserametadedatenso do circuito para cargas iguais;Ligaoemparalelo(figura1.12(b)),emqueaplicadasduascargasatensodo circuito. Neste caso, a corrente em cada carga ser a metade da corrente total docircuito para cargas iguais.1.2.3SISTEMAS DE CORRENTE ALTERNADA TRIFSICAOsistematrifsicoformadopelaassociaodetrssistemasmonofsicosdetensesU1, U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja de 120, ou seja, os atrasos de U2 em relao aU1, de U3 em relao a U2 e de U1em relao a U3 sejamiguaisa120(considerandoumciclocompleto = 360). O sistema equilibrado, isto , as trs tenses tm o mesmo valor eficaz U1 =U2 = U3 conforme figura 1.13:Figura 1.13WEG Transformando Energia em Solues32Mdulo 1 Comando e ProteoLigando entre si os trs sistemas monofsicos e eliminando os fios desnecessrios, tem-seumsistematrifsico:trstensesU1, U2eU3equilibradas,defasadasentreside120eaplicadas entre os trs fios do sistema. A ligao pode ser feita de duas maneiras, representadasnosesquemasseguintes.Nestesesquemascostuma-serepresentarastensescomsetasinclinadas ou valores girantes, mantendo entre si o ngulo correspondente defasagem (120).1.2.3.1 LIGAO TRINGULOLigando-se os trs sistemas monofsicos entre si, como indica a figura abaixo, pode-seeliminartrsfios,deixandoapenasumemcadapontodeligao,eosistematrifsicoficarreduzido a trs fios L1, L2 e L3.Tensodelinha(U):atensonominaldosistematrifsicoaplicadaentredoisquaisquer dos trs fios L1, L2 e L3.Corrente de linha (IL): a corrente em qualquer um dos trs fios L1, L2, e L3.Figura 1.14 ligao tringulo.Tenso e corrente de fase (U1 e I1): a tenso e corrente de cada um dos trs sistemasmonofsicos considerados.Figura 1.15 ligao tringulo.Examinando o esquema da figura, v-se que:fU U =1WEG Transformando Energia em Solues33Mdulo 1 Comando e Proteof fI I I . 732 , 1 . 31= =Exemplo:Tem-seumsistemaequilibradodetensonominal220volts.Acorrentedelinhamedida10ampres.Ligandoaestesistemaumacargatrifsicacompostadetrscargasiguais em tringulo, qual a tenso e a corrente em cada uma das cargas?Tem-se fU U =1= 220 volts em cada uma das cargas.Se fI I . 732 , 11 = ,tem-se 1577 , 0 I I f= =0,577x10=5,77ampresemcadaumadascargas.1.2.3.2 LIGAO ESTRELALigandoumdosfiosdecadasistemamonofsicoaumpontocomumaostrs,ostrsfios restantes formam um sistema trifsico em estrela. s vezes, o sistema trifsico em estrela a quatro fios, ou com neutro. O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases. A tensodelinhaoutensonominaldosistematrifsicoeacorrentedelinha,sodefinidasdomesmomodo que na ligao tringulo.Figura 1.16 Ligao estrelaQuando liga-se uma carga trifsica em estrela, e a potncia das cargas em cada fase forigual,nohnecessidadedeseligaropontocentral(comum)aoneutro,poisnoircircularcorrente alguma por este ponto, neste caso tem-se um sistema equilibrado.Casoaspotnciasforemdiferentesdeve-seligaropontocentralaoneutro,poisdocontrrioficariamtensesdiferentesemcimadecadacargaeteramosumsistemadesequilibrado.WEG Transformando Energia em Solues34Mdulo 1 Comando e ProteoFigura 1.17 Ligao estrelaExaminando o esquema da figura acima v-se que:fI I =1f fU U U . 732 , 1 . 31= =Exemplo: Tem-se uma carga trifsica composta de trs cargas iguais; cada carga feitaparaserligadaaumatensode220volts,absorvendo5,77ampres.Qualatensonominaldosistema trifsico que alimenta esta carga em suas condies normais (220 volts e 5,77 ampres)?Qual a corrente de linha?Tem-se Uf = 220 volts (normal de cada carga);Ul =1,732 x 220 = 380 voltsIl = If = 5,77 ampres1.2.4MOTOR DE INDUO TRIFSICO1.2.4.1 PRINCPIO DE FUNCIONAMENTOQuandoumabobinapercorridaporumacorrenteeltrica,criadoumcampomagntico dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional corrente.Figura 1.18WEG Transformando Energia em Solues35Mdulo 1 Comando e ProteoNafigura(a)indicadoumenrolamentomonofsicoatravessadoporumacorrente I, e o campo H criado por ela; o enrolamento constitudo de um par deplos (um plo norte e um plo sul), cujos efeitos se somam para estabelecer ocampo H. O fluxo magntico atravessa o rotor entre os dois plos e se fecha atravsdo ncleo do estator. Se a corrente I alternada, o campo H tambm , e o seu valoracadainstanteserrepresentadopelomesmogrficodafigura1.11,inclusiveinvertendoosentidoacadaciclo.OcampoHpulsantepois,suaintensidadevaria proporcionalmente corrente, sempre na mesma direo norte-sul.Nafigura(b)indicadoumenrolamentotrifsico,quetransformadoportrsmonofsicosespaadosentreside120.Seesteenrolamentoforalimentadoporumsistematrifsico,ascorrentesI1,I2eI3criaro,domesmomodo,osseusprprioscamposmagnticosH1,H2eH3.Estescampossoespaadosentreside120 . Alm disso, como so proporcionais s respectivas correntes, sero defasadosno tempo, tambm de 120 entre si e podem ser representados por um grfico igualaodafigura1.19.OcampototalHresultante,acadainstante,serigualsomagrfica dos trs campos H1, H2 e H3 naquele instante.Figura 1.19 Soma grfica dos campos para seis instantes sucessivosNoinstante(1),afigura1.19mostraqueocampoH1mximoeoscamposH2eH3sonegativosedemesmovalor,iguaisa0,5.Ostrscampossorepresentadosnafigura1.19(1),partesuperior,levandoemcontaqueocamponegativorepresentadoporumasetadesentidoopostoaoqueserianormal;ocamporesultante(somagrfica)mostradonaparteinferior da figura 1.19, tendo a mesma direo do enrolamento da fase 1. Repetindo a construopara os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da figura 1.19, observa-se que o campo resultante H tem intensidadeconstante, porm sua direo vai girando, completando uma volta no fim de um ciclo.Assim,quandoumenrolamentotrifsicoalimentadoporcorrentestrifsicas,cria-seum campo girante, como se houvesse um nico par de plos girantes, de intensidade constante.Estecampogirante,criadopeloenrolamentotrifsicodoestator,induztensesnasbarrasdorotor(linhasdefluxocortamasbarrasdorotor)asquaisgeramcorrentes,econsequentemente,um campo no rotor, de polaridade oposta do campo girante. Como campos opostos se atraem ecomo o campo do estator (campo girante) rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotao desteWEG Transformando Energia em Solues36Mdulo 1 Comando e Proteocampo. Desenvolve-se ento, no rotor, um conjugado motor que faz com que ele gire, acionandoa carga.1.2.4.2 VELOCIDADE SNCRONA (nS)A velocidade sncrona do motor definida pela velocidade de rotao do campo girante,a qual depende do nmero de plos (2p) do motor e da frequncia (f) da rede, em hertz.Osenrolamentospodemserconstrudoscomumoumaisparesdeplos,quesedistribuem alternadamente (um norte e um sul) ao longo da periferia do ncleo magntico. Ocampo girante percorre um par de plos (p) a cada ciclo. Assim, como o enrolamento tem plosou p pares de plos, a velocidade do campo ser:pfpfnS2120 60 == (rpm)(1.2.4.2.1)Exemplo: Qual a rotao sncrona de um motor de 6 plos, 50Hz?rpmpfnS1000650 1202120===Note que o nmero de plos do motor ter que ser sempre par, para formar os pares deplos. Para as frequncias e polaridades usuais, as velocidades sncronas so:Rotao sncrona por minutoNo de plos60 Hz 50Hz2 3600 30004 1800 15006 1200 10008 900 750Tabela 1.2.4.2.1 Velocidades sncronas para osdiferentes nmeros de plosPara motores de dois plos, o campo percorre uma volta a cada ciclo. Assim, os grauseltricosequivalemaosgrausmecnicos.Paramotorescommaisdedoisplos,tem-se,deacordo com o nmero de plos, um giro geomtrico menor, sendo inversamente proporcional a360 em dois plos.Porexemplo:Paraummotordeseisplostem-se,emumciclocompleto,umgirodocampo de oo12062 360=geomtricos. Isto equivale, logicamente, a 1/3 da velocidade em doisplos. Conclui-se, assim, que:Graus geomtricos = Graus mecnicos x pWEG Transformando Energia em Solues37Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.4.3 ESCORREGAMENTO (s)Emummotoreltricoassncrono,orotorsempreirgirarcomrotaoabaixodarotaodocampogirantee,portanto,havercorrenteetorque(conjugadoeletromecnico)induzidos.Adiferenarelativaentreasvelocidadesdorotoredofluxodoestator(sncrona)conhecida como escorregamento e representada por:100%=SSnn nsOnde: nS= Velocidade sncrona (rpm);n= Velocidade rotrica (rpm);s= Escorregamento.Seomotorgiraaumavelocidadediferentedavelocidadesncrona(rotaodocampogirante),oenrolamentodorotorcortaaslinhasdeforamagnticasdocampogirantee,pelasleisdoeletromagnetismo,circularonelecorrentesinduzidas.Quantomaioracarga,maiorterqueseroconjugadonecessrioparaacion-la.Paraobterummaiorconjugado,proporcionalmente ter que ser maior a diferena de velocidades entre rotor e o campo girante noestatorparaqueascorrentesinduzidaseoscamposproduzidossejammaiores.Portanto,medida que a carga aumenta, cai a rotao do motor. Quando a carga for zero (motor a vazio) orotor ir girar praticamente na rotao sncrona.A frequncia da corrente induzida no rotor igual ao escorregamento vezes a frequnciado estator. Ou seja:1 2f s f =Onde: f1 = Frequncia da corrente estatrica (Hz);f2 = Frequncia da corrente rotrica (Hz).A vazio o escorregamento muito pequeno, portanto, como no rotor, sua reatncia e suaf.e.m.induzidasotodasmuitopequenas.Assim,acorrentedorotorreduzida,apenassuficiente para produzir o torque necessrio a vazio. O fator de potncia extremamente baixo eem atraso, com cos < 0,3, pois a corrente que circula pelo motor utilizada apenas para a suamagnetizao.Quandoumacargamecnicaaplicadaaorotor,avelocidadedecresceumpouco.Opequenodecrscimonavelocidadecausaumaumentonoescorregamento,nafrequnciadacorrenterotrica,nasuareatnciaenasuaforaeletromotrizinduzida.Oaumentodacorrenteinduzidanorotorreflete-senumaumentodacorrenteprimriadoestator(componenteestaqueproduzpotncia).Umacorrentemaiorserproduzidanoestator,comummelhorfatordepotncia, tendendo a produzir mais potncia mecnica e solicitar mais potncia da linha. plenacarga o motor de induo ir girar a um escorregamento que promove o equilbrio entre o torquedesenvolvido pelo motor e o torque resistente da carga.Ofatordepotnciaaplenacargavariade0,8(empequenosmotoresdeaproximadamente1cv)aaproximadamente0,95(nosgrandesmotores,acimade150cv).Emprimeira anlise pode parecer que aumentos alm da plena carga produziro melhoria no fator depotncia,eaumentonacorrentedefasedoestator.Porm,comoaumentodacargaedoWEG Transformando Energia em Solues38Mdulo 1 Comando e Proteoescorregamento, a frequncia da corrente rotrica continua a aumentar e o aumento na reatnciado rotor produz uma diminuio no fator de potncia do mesmo. Portanto, com cargas acima daplena carga, o fator de potncia aproxima-se de um mximo e ento decresce rapidamente.1.2.4.4 EQUACIONAMENTO1.2.4.4.1CIRCUITO EQUIVALENTENassituaesemqueoescorregamentodiferentede0e1,haverf.e.m.induzidanosecundrioe,consequentementehaverconversoeletromecnicacompotnciaemjogo,ondetem-seentoumcircuitoequivalentecomosparmetrosevariveisparaoprimrioeparaosecundrio:Figura 1.20 Circuito equivalente por fase de uma mquina assncrona comescorregamento s, com secundrio (rotor) no referido ao primrio (estator).Onde: R1= Resistncia estatrica;U1 = Tenso estatrica;Xd1 = Reatncia estatrica; I1 = Corrente estatrica;R2= Resistncia rotrica; I1p = Corrente de perdas;Xd2 = Reatncia rotrica; I1mag = Corrente de magnetizao;X1mag= Reatncia de magnetizao; I2 = Corrente rotrica;R1p= Resistncia de perdas; E1 = f.c.e.m. estatrica; E2 = f.e.m. rotrica.1.2.4.4.2FORA ELETROMOTRIZ E CORRENTE INDUZIDAConsidereamquinacomumescorregamentononulo.Haverinduodef.e.m.norotoreelapodeserdefinidaemfunodoescorregamento.Comorotorparado,ocamporotativoestatricogiracomamesmavelocidaderelativamenteaosenrolamentosdorotoreestator,induzindonorotor,f.e.m.proporcionaisfrequnciaf1(frequnciadacorrenteestatrica).Pelateoria,paramotorcomrotorbloqueado,tem-sequeastensesinduzidasnorotor(f.e.m) e no estator (f.c.e.m) so dadas respectivamente por:WEG Transformando Energia em Solues39Mdulo 1 Comando e Proteo1 1 1. . 1 . . 44 , 4e m k N f E =2 2 2. . 2 . . 44 , 4e m k N f E =Onde: E1 = Fora contra eletromotriz induzida no estator;E2 = Fora eletromotriz induzida no rotor;ke1 e ke2 = Fator de enrolamento do estator e rotor, respectivamente;N1 e N2 = Nmero de espiras do estator e rotor, respectivamente;m = Fluxo de magnetizao;f2 = f1 para rotor bloqueado.Na presena de escorregamento tem-se:1 2f s f =Portanto:2 2 1 2. . . 2 . . . 44 , 4 E s k N f s Ee m s =Esta equao pode ser simplificada, para um estudo mais aproximado da mquina, por:11fEm Quedeterminasucintamentearelaodofluxodemagnetizaoentrerotoreestatorcomatensoeafrequnciaaplicadanamquina(estatrica),frequnciaestaqueestrelacionadacomarotaonoeixodamquina,noconsiderandooescorregamentoexistenteentre rotor e estator.1.2.4.4.3CONJUGADO ELETROMAGNTICOAinteraoentreacorrentedorotoreofluxoproduzidoporcadaplounitriodocampo magntico girante que concatena o condutor do rotor, resulta o conjugado motor, o qualdado por:s s m I k C2 2cos . . . =Onde:k= Constante de conjugado para o nmero de plos, o enrolamento,as unidades empregadas, etc.;cos2s= Fator de potncia do circuito rotrico;m= Fluxo de magnetizao;I2s= Corrente rotrica.Damesmaforma,paraumestudomaisaproximadodamquina,estaequaopoderser simplificada por:s m I C2. WEG Transformando Energia em Solues40Mdulo 1 Comando e ProteoQuedeterminaarelaoexistenteentreotorquedesenvolvido(solicitado)pelamquina, o fluxo de magnetizao entre rotor e estator e a corrente induzida rotrica, que dadapor:sdsZE sSX RE sI22222222=+=Onde: Z2s = Impedncia rotrica;E2 = Fora eletromotriz induzida no rotor;s = Escorregamento.Nota-se ento que o conjugado desenvolvido funo do escorregamento, isto , com oaumentodacargaaplicadamquina,aumenta-seoescorregamentoeconsequentementeotorquedesenvolvido.Estarelaoapresentaumlimite,comoqualseconsegueobteroconjugadomximo,eapartirdoqual,aumentando-seoescorregamentoaumenta-seaimpedncia rotrica diminuindo-se o conjugado, conforme descrito no item a seguir.1.2.4.4.4CONJUGADO DE PARTIDADodesenvolvimentodomodelomatemticodamquinaassncrona,demonstra-sequeoconjugado descrito por:+=22222 21. .dpX RRE k COnde: Cp = Conjugado de partida;k=Constantedeconjugadoparaonmerodeplos,oenrolamento,asunidades empregadas, etc.;E1 = Tenso estatrica;R2 = Resistncia rotrica;Xd2 = Reatncia rotrica.Da equao acima pode-se fazer as seguintes consideraes:No instante da partida, o conjugado no afetado pela natureza da carga aplicada;Desde que para um dado motor de induo tipo gaiola a resistncia efetiva do rotore a reatncia de rotorbloqueado sejam constantes, a expresso pode ser escrita por:21' E k Cp =Ouseja,otorquedepartidaapenasfunodatensoaplicadaaoenrolamentodoestator.Aoreduzir-seatensonominal,tambmsereduziracorrentesecundriaeaprimria.Esteprocessodediminuiodacorrentedepartidabastanteutilizadonosmdiosegrandesmotoresdotipogaiola,noscasosondeaacentuadareduodoconjugadodepartidanocomprometa o acionamento da carga.WEG Transformando Energia em Solues41Mdulo 1 Comando e Proteo1.2.4.4.5DISTRIBUIO DE POTNCIAS E PERDASNo caso de um acionamento em que a potncia solicitada ao motor permanece constanteao longo do tempo, a determinao da potncia relativamente simples, conhecidos o conjugadoresistente da carga e a rotao de funcionamento, tem-se:kn CP=importanteteremmentequeapotnciasolicitadaaomotordefinidapelascaractersticas da carga, isto , independentemente da potncia nominal do motor.A potncia transmitida carga pelo eixo do motor menor que a potncia absorvida darede, devido s perdas no motor. Essas perdas podem ser classificadas em:perdas joule no enrolamento estatrico (perdas no cobre);perdas joule no enrolamento (ou gaiola) rotrico;perdas por atrito e ventilao;perdas magnticas no ncleo (perdas no ferro).A figura a seguir representa a distribuio destas perdas:Figura 1.21 Distribuio da potncia e de perdas em mquinas assncronas.Onde:(1) Potncia aparente eltrica da rede [ (1) = (2)+(3)+(4) ];(2) Potncia aparente eltrica do estator a ser transferida ao rotor [E1.I2' = E2.I2];(3) Perdas primrias (estator) no ferro;(4) Perdas primrias (estator) no cobre;(5) Potncia aparente eltrica no rotor [ sE2.I2 ] perdas devido ao escorregamento;(6) Potncia mecnica no eixo [ (1- s ).E2.I2 ];(7) Potnciaeltricanorotorquepodeserrecupervel,nocasodorotorestarligadoauma rede externapor meio de anis;(8) Perdas eltricas dissipadas no rotor;(9) Perdas por atrito e ventilao;(10) Potnciaresultantenoeixo[potnciamecnica(6)-perdasporatritoeventilao(9) ];WEG Transformando Energia em Solues42Mdulo 1 Comando e ProteoParaocasodeacionamentodeummotordeinduoporconversordefrequncia,aformadeondadacorrenteproduzidapelosconversoresnoperfeitamentesenoidal,poiscontm harmnicas de 5, 7, 11 e 13 ordem. Portanto as perdas nos motores so maiores.Almdisso,paraoperaesacimadafrequncianominal(50ou60Hz),haverumareduo adicional de conjugado, a qual deve-se ao aumento das perdas no ferro do motor.Parautilizaodemotoresemfrequnciassuperioresnominaldevemportantoserconsideradosoaumentodasperdasnoferroetambmasvelocidadeslimites,funodaforacentrfuganosenrolamentosrotricoseoutraspartesmecnicas,comoporexemplo,esforoadicional nos rolamentos devido ao desbalanceamento do rotor bem como a velocidade limite domesmo.1.2.5DEFINIES DE TERMOS TCNICOS USUAISFrequncia: o nmero de vezes por segundo que a tenso muda de sentido e volta condio inicial. expressa em ciclos por segundo ou Hertz, simbolizada porHz.TensoMxima(Umx):ovalordepicodatenso,ouseja,omaiorvalorinstantneo atingido pela tenso durante um ciclo (este valor atingido duas vezespor ciclo, uma vez positivo e uma vez negativo).Corrente Mxima (Imx): o valor de pico da corrente.ValoreficazdeTensoeCorrente(UefeIef):ovalordatensoecorrentecontnuasquedesenvolvempotnciacorrespondenteadesenvolvidapelacorrentealternada. Pode-se demonstrar que o valor eficaz vale:2mxefUU = e 2mxefII =Defasagem (): o atraso da onda de corrente em relao a onda da tenso. Emvezdesermedidoemtempo(segundos),esteatrasogeralmentemedidoemngulo (graus) correspondente a frao de um ciclo completo, considerando 1 ciclo= 360. A defasagem freqentemente expressa pelo coseno do ngulo.WEG Transformando Energia em Solues43Mdulo 1 Comando e Proteo1.3 CARACTERSTICAS DA REDE1.3.1O SISTEMANoBrasil,osistemadealimentaopodesermonofsicooutrifsico.Osistemamonofsico utilizado em servios domsticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema trifsico,em aplicaes industriais, ambos em 60Hz.1.3.1.1 TRIFSICOAs tenses trifsicas mais usadas nas redes industriais so:Baixa tenso: 220V, 380V e 440V;Mdia tenso: 2300V, 3300V, 4160V, 6600V e 13800V.Osistematrifsicoestreladebaixatenso,consistedetrscondutoresdefase(L1,L2,L3) e o condutor neutro (N), sendo este, conectado ao ponto estrela do gerador ou secundrio dostransformadores.Figura 1.22 Sistema trifsico1.3.1.2 MONOFSICOAstensesmonofsicaspadronizadasnoBrasilsoasde115V(conhecidacomo110V), 127 e 220V.Os motores monofsicos so ligados duas fases (tenso de linha U) ou uma fase e oneutro(tensodefaseUf).Assim,atensonominaldomotormonofsicodeverserigualtens