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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA
ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA
ELETROTÉCNICA – PROF. ALDO BORGES
ALUNOS: AMANDA CABRAL S. DE SOUZA
ANDERSON HENRY PIMENTEL
JOSÉ RENATO FRÓES FONSECA
SERGIO SILVA PESSOA FILHO
MOTORES ELÉTRICOS
SALVADOR-BA
Nov/2009
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AMANDA CABRAL S. DE SOUZA
ANDERSON HENRY PIMENTEL
JOSÉ RENATO FRÓES FONSECA
SERGIO SILVA PESSOA FILHO
MOTORES ELÉTRICOS
Trabalho submetido à avaliação como requisito parcial para obtenção de aprovação
na disciplina Eletrotécnica Geral, ministrada no Curso de Engenharia Mecânica do IFBA.
Orientação: Prof. Aldo Borges
Salvador
2009
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ÍNDICE
Introdução ........................................................................................................ 04
História ............................................................................................................. 05
Tipos de motores ............................................................................................. 07
Como funcionam os motores elétricos ............................................................. 27
Normas ABNT .................................................................................................. 33
Manutenção ..................................................................................................... 35
Vantagens do motores CA em relação aos motores CC ................................. 47
Conclusão ........................................................................................................ 49
Bibliografia ....................................................................................................... 51
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INTRODUÇÃO
Existem muitos tipos de motores elétricos, projetados de acordo com a
aplicação que se tem em vista. Os motores dos relógios elétricos devem
trabalhar com velocidade constante. Os motores de arranque dos automóveis
precisam desenvolver um torque substancial mesmo quando o eixo está
imóvel. Os motores dos secadores de cabelo tem que ser leves e capazes de
funcionar em várias velocidades. Por isso, os motores elétricos são de suma
importância no cotidiano de nossas vidas, envolvendo desde trabalhos
domésticos, como um liquidificador, até motores de grandes indústrias.
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HISTÓRIA
Tudo começa com o grego Tales de Mileto que, em 41 a.C. ao esfregar
um pedaço de resina fóssil em um pano, a resina parecia atrair pequenos
corpos, como fios de cabelo. Depois de muito tempo, cerca de quinze séculos,
Mileto foi completado pelo físico e inglês da corte, William Gilbert, em 1600,
descobriu que além da resina experimentada por Tales, muitos outros materiais
poderiam atrair se fossem friccionados.
A partir desse marco muitos inventos surgiram. Foi em 1663, o alemão
Otto Von Guericke construiu a primeira máquina eletrostática, que transformava
energia mecânica em energia elétrica. No final do século XVIII, foi verificado
também que, por meio do princípio eletrostático, poderia ser possível também
gerar energia mecânica. Antes dessa comprovação, o americano Benjamin
Franklin, em 1752, com o experimento da pipa percebeu que a eletricidade
podia ser captada e conduzida por fios.
Somente após o final do século XVIII, com o dinamarquês Hans
Christian Oersted e o francês André Marie Ampère que foi dado realmente o
primeiro e grande passo ao surgimento do motor elétrico. Oersted observou a
agulha magnética de uma bússola desviar da posição original perto de um
condutor de energia elétrica e voltar à posição inicial ao ser afastado dele,
assim foi provado a influencia da eletricidade no magnetismo. Ampère, em
1821, um ano depois da conclusão de Oersted, complementou o experimento,
criando a “lei da mão direita” que tomou como base a orientação de uma
agulha imantada no sentido da corrente.
Os cientistas ingleses William Sturgeon e Michael Faraday, inspirados
pelas descobertas de Oersted e Ampère foram os responsáveis pelos últimos
passos rumo à construção do motor elétrico onde Sturgeon inventou, em 1825,
o eletroímã, fundamental na construção de máquinas elétricas gigantes e
Faraday descobriu enfim a indução eletromagnética, provando que Tales de
Mileto há quase dois mil anos atrás estava certo.
Entre 1831 quando Faraday comprovou o eletromagnetismo e 1886
quando o cientista alemão Werner Von criou o primeiro motor elétrico, esse
intervalo de 35 anos para que o primeiro motor elétrico da história surgisse não
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atrapalhou que durante esse período, outras máquinas com o mesmo princípio
fossem inventadas, pra começar Faraday criou um gerador, o inglês W. Ritchie
inventou o comutador, peça que seria importante na composição do motor
elétrico e o mecânico francês H. Pixii colocou o invento em prática. Pixii
construiu um gerador composto de um imã em ferradura que girava na frente
de duas bobinas presas com um núcleo de ferro, no final dessa mesma
década, o alemão, Moritz Hermann Von Jacobi, instalou um motor movido a
pilhas galvânicas dentro de uma lancha e transportou 14 pessoas durante
algumas horas foi ai que se mostrou, pela primeira vez, que a energia elétrica
podia ser utilizada a favor do trabalho mecânico, porem o custo fez com que o
invento se tornasse um item de luxo. Werner Von Siemens, em 1866, já tenha
criado um gerador de tensão elétrico baseado no princípio de indução
eletromagnética, construiu um dínamo, ou seja, uma máquina eletrodinâmica
que converte força mecânica em corrente elétrica e provou que a tensão
necessária para o magnetismo podia ser extraída do próprio enrolamento do
rotor, assim, a máquina podia gerar sua própria energia e não ficar dependente
dos imãs então a invenção barateou o gerador, que também funcionava como
motor quando alimentado por energia elétrica. Com preço menor, estavam
criadas as condições para uma maior propagação do invento.
Novas evoluções foram surgindo, em 1879, Siemens em conjunto com
Johann George Halske, apresentou uma nova invenção: uma locomotiva
movida por um motor elétrico de dois quilowatts. O motor, apesar de mais
barato que no início, continuava com o custo muito elevado para ser produzido
em escala industrial, além de apresentar problemas técnicos.
O italiano Galileu Ferraris, o iugoslavo Nicolau Tesla e alemão Friedrich
Haselwander passar a estudar a maquina e tentar tornar mais viável, então
suas descobertas pareciam solucionar os problemas em um primeiro momento,
mas logo se mostram inútil.
Em 1890, o cientista russo enraizado na Alemanha, Michael Von, que
antes, desenvolveu um motor trifásico de corrente alternada com potência
contínua de 80 watts e rendimento de aproximadamente 80%. O equipamento
mostrou-se ideal para os planos da indústria, por apresentar alto rendimento,
ótima partida, relativo silêncio durante o funcionamento e baixa complexidade o
que facilitava a manutenção, tornando-o mais seguro para a operação.
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Em 1891, o construtor russo já tinha conseguido produzir o novo
equipamento em série. Simultaneamente, começaram a aparecer as primeiras
indústrias de motores que logo se tornaram muitas. Os equipamentos se
padronizaram e aos poucos diminuíram de tamanho e peso os motores de
hoje, cujo peso representa somente 8% das máquinas com a mesma potência
fabricadas no início do século XIX.
Para que desenvolvimentos e inovações ocorressem, foram necessários
diversos motivos. O primeiro deles pode ser creditado na conta dos estudiosos
da área, que ao analisar mais detalhadamente os aspectos técnicos do motor
elétrico, consolidaram a teoria necessária para que construtores pudessem a
partir delas realizar melhorias. O segundo fator deve-se à competição. Em
busca de maiores fatias do mercado, indústrias de motores buscavam
destaque, lançando equipamentos diferentes da concorrência, assim eram
colocados à disposição dos consumidores motores com potência igual,mas
cada vez menor. A terceira razão foi o uso de matérias-primas mais nobres e
apropriadas na estrutura dos motores. A quarta talvez mais importante foi o uso
em grande escala dos motores pela população mundial que impulsionou os
fabricantes a desenvolverem mais e melhores produtos.
TIPOS DE MOTORES
De acordo com o tipo de fonte de alimentação os motores podem ser
divididos em:
• Motores de Corrente Alternada (AC): são os mais utilizados, porque a
distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada.
Estima-se que 90% dos motores fabricados são motores de indução de gaiola.
• Motores de Corrente Contínua (DC): conhecidos por seu controle preciso de
velocidade. São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de
uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente
alternada comum em contínua.
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• Motores universais: esse motor pode funcionar tanto com alimentação DC
como AC. Um verdadeiro motor elétrico DC não aceita alimentação AC (essa
inverte o sentido da corrente a cada meio ciclo e isso apenas causaria
trepidações); do mesmo modo, um verdadeiro motor AC (como veremos) não
aceita alimentação DC (essa não oferecerá as convenientes alterações do
sentido da corrente para o correto funcionamento do motor).
Detalhamento dos tipos de motores de corrente alternada:
Alguns motores apresentados acima:
MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS
São assim chamados porque os enrolamentos são ligados diretamente a
uma fonte monofásica.
• Por isto possuem um campo magnético pulsante.
• Devido ao baixo torque de partida, além do enrolamento principal utiliza-se
um enrolamento auxiliar (que defasa a corrente em 90º).
Motor CA
Monofásico
Linear
Trifásico
Assíncrono
Síncrono
Gaiola de Esquilo
Rotor Bobinado
Rotor Maciço
Split -Phase
Capacitor de Partida
Capacitor permanete
Pólos Sombreados
Capacitor Dois Valores
Repulsão
Histerese
Relut ância
Imãs Permanente
Indução
Imãs Permentes
Assíncono
Síncrono
Gaiola
Rotor Bobinado
Imãs Permanente
Relutância
Pólos Lisos
Pólos Salientes
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• Não é recomendada a utilização de motores maiores que 3cv (provoca
desbalanceamento da rede).
DESVANTAGENS:
• Custo mais elevado que um trifásico de mesma potência.
• Tem maior desgaste mecânico do platinado.
• Rendimento e fator de potência menor.
• Não é possível inverter diretamente o sentido de rotação
1.1 - Motor monofásico com DOIS terminais (L1 e N):
• É utilizado apenas a um valor de tensão.
• Não é possível a inversão do sentido de giro.
1.2 - Motor monofásico com QUATRO terminais:
• O enrolamento é dividido em duas partes iguais, logo pode-se utilizar dois
valores de tensão. Em série tem-se 220V, em paralelo 110V.
• Não é possível a inversão do sentido de giro.
1.3 - Motor monofásico com SEIS terminais:
• As ligações são semelhantes ao de quatro terminais.
• É possível a inversão do sentido de giro (basta inverter a ligação dos
terminais 5 e 6.
- Motor de indução síncrono: funciona com velocidade estável; utiliza-se de
um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta
a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente
utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas
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variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com
torque constante.
- Motor de indução assíncrono: funciona normalmente com velocidade
constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo.
Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais
utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas
acionadas encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a
velocidade dos motores de indução com o auxílio de conversores de
freqüência.
- Motor com rotor gaiola de esquilo: por ser robusto evita muitos problemas
relacionados a desgaste e manutenção.
- Motor com rotor bobinado: é composto por 3 bobinas em estrela. Em
relação ao anterior, permite o controle de velocidade.
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- Motor Dahlander: possui seis bobinas e duas velocidades distintas na
relação1:2. Rendimento e a potência é melhor em ALTA velocidade. Ex: 4/2
pólos (1800/3600rpm) e 8/4 pólos(900/1800rpm).
- Motor com dois enrolamentos independentes e separ ados: cada
enrolamento possui números diferentes de pólos. Quando um enrolamento está
ligado o outro tem que estar desligado. Ex: 6/4 pólos (1200/1800rpm); 12/4
pólos (600/1800rpm).
MOTORES TRIFÁSICOS
Os motores elétricos trifásicos para a maioria das aplicações no meio
rural e nas agroindústrias são os motores de indução. Esses motores são
fabricados para operarem com tensão de 220 volts em cada bobina. Desta
forma, dependendo da tensão oferecida pela concessionária de energia
elétrica, o fechamento dos terminais do motor será diferente. Por exemplo, se a
tensão no secundário do transformador for de 220 Volts (tensão de linha), o
motor deverá ser conectado em triângulo, como representado na figura 3.
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Todavia, se a tensão no secundário do transformador for de 380 Volts, o motor
deverá funcionar na conexão estrela, como representado na figura 4.
Conexão triângulo para motores trifásicos
Conexão estrela para motores trifásicos
Observe que na conexão estrela, a corrente de linha é a mesma corrente
que atravessa as bobinas, enquanto que a tensão de linha vale raiz de três
vezes a tensão de cada bobina. Para conexão triângulo, a tensão de linha é a
própria tensão da bobina, mas a corrente de linha é a componente vetorial da
corrente de uma bobina menos a corrente da outra bobina, resultando em um
valor raiz de três vezes o valor da corrente da bobina. Isso se deve ao fato de
existir o defasamento angular de 120 graus entre as tensões de linha do
sistema trifásico.
A potência aparente de uma carga trifásica vale 3 vezes o produto da
tensão versus corrente de cada fase, ou seja, o motor trifásico é equivalente a
três motores monofásico, em termos de potência. A potência de um motor
trifásico de 10 CV, ligado em triângulo (220 Volts) será a mesma se o motor for
ligado em estrela (380 Volts). Para demonstrar essa igualdade, analise as duas
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3 2 1
5 6 4
3 2 1
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conexões, considerando Vb e Ib como as tensões e as correntes em cada
bobina.
Conexão triângulo Conexão estrela
S = 3 Vb . Ib S = 3 Vb . Ib
Ib = IL/1,7321 e Vb = VL Vb = VL/1,7321 e Ib = IL
S = 3 . VL x IL/1,7321 S = 3 . IL x VL/1,7321
S = 1,7321 . VL.IL S = 1,7321 . VL.IL
1,7321 = raiz de 3
Sendo assim, conclui-se que a equação da potência independe do tipo
de conexão do motor, pois as grandezas são referidas às tensões e correntes
de linha e não de fase.
A ligação de motores
Partindo do princípio do fechamento das bobinas do motor para o
correspondente nível de tensão, deve-se proceder ao acionamento. O
acionamento define o estado operacional e as condições de operação do
motor. Uma rede destinada à alimentação de motores deve conter um
dispositivo para proteção contra curto-circuito (fusível ou disjuntor), um
dispositivo de seccionamento para manutenção (seccionador ou chave faca ou
disjuntor), um dispositivo para definir o estado operacional do motor (disjuntor
ou chave magnética) e um dispositivo de proteção contra sobrecarga (relé
térmico). O relé térmico funciona somente se o dispositivo para ligação e
desligamento do motor for uma chave magnética. As chaves magnéticas
permitem um comando manual local, ou manual a distância e ainda o comando
automático de motores. Normalmente se utilizam botoeiras (chaves com mola)
para energizar e desenergizar a bobina da chave magnética.
Quando se utilizam botoeiras para o acionamento de chaves magnéticas
(contactores), o operador não se expõe a riscos de choques elétricos, pois a
botoeira fica no circuito de comando, onde a tensão é mais baixa depois do
transformador de comando.
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- Motores Trifásicos Assíncronos
Motores trifásicos são motores próprios para serem ligados aos sistemas
elétricos de três fases e são os motores de emprego mais amplo na indústria.
Oferecem melhores condições de operação do que os motores monofásicos
porque não necessitam de auxílio na partida, dão rendimento mais elevado e
são encontrados em potências maiores.
No estator do motor assíncrono de CA estão alojados três enrolamentos
referentes ás três fases. Esses três enrolamentos estão montados com uma
defasagem de 120º.
Do enrolamento do estator saem os fios para ligação do motor á rede
elétrica que podem ser em número de 3, 6, 9 ou 12 pontas. Os motores
trifásicos podem ter 2 tipos de rotores:
- Rotor tipo gaiola de esquilo ou em curto-circuito, do mesmo tipo usado em
motores monofásicos.
- Rotor bobinado , não é fechado em curto internamente e tem suas bobinas
ligadas ao coletor no qual é possível ligar um reostato, o que permite e
regulagem da corrente que circula no rotor. Isso proporciona uma partida suave
e diminui o pico de corrente comum nas partidas dos motores.
Padronização da Tensão dos Motores Trifásicos Assín cronos
Os motores trifásicos são fabricados com diferentes potências e
velocidades para as tensões padronizadas da rede, ou seja, 220 V, 380 V, 440
V e 760 V, na frequência de 50 e 60 Hz.
Ligação dos motores trifásicos
O motor trifásico tem as bobinas distribuídas no estator e ligadas de
modo a formar três circuitos simétricos distintos, chamados de fase de
enrolamento. Essas fases são interligadas, formando ligações em estrela[ =
380 V] ou em triângulo [ = 220 V] para o acoplamento á uma rede trifásica.
Para isso, deve-se levar em conta a tensão na qual irá operar.
Na ligação em estrela (380 V) os terminais 4, 5 e 6 são interligados e os
terminais 1, 2 e 3 são ligados á rede.
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Na ligação em triângulo (220V), o início de uma fase é fechado com o
final da outra e essa junção é ligada á rede.
Os motores trifásicos de uma só velocidade podem dispor de 3, 6, 9 ou
12 terminais para a ligação á rede elétrica.
A ligação de motores trifásicos com três terminais á rede é feita conectando-se
os teminais 1, 2, e 3 aos terminais de rede RST em qualquer ordem.
OBS: Para inverter o sentido de rotação do motor trifásico, basta inverter duas
fases R com S, por exemplo:
Os motores trifásicos com seis terminais só tem condição de ligação em
2 tensões: 220/380V, ou 440/760V. Esses motores são ligados em triângulo
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na menor tensão e em estrela, na maior tensão. A figura a seguir mostra uma
placa de ligação desse tipo de motor.
OBS: Nos motores de seis terminais, é comum encontrarmos as marcações U, V W, X, Y, e Z, ao invés de 1, 2, 3, 4, 5,
e 6, respectivamente.
Os motores com nove terminais tem possibilidade deligação em três
tensões: 220/380/440V.
Os motores com doze terminais tem possibilidade de ligação em quatro
tensões: 220/380/440/760V.
Placa de Ligação
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Indentificação de Motores Trifásicos (placa do moto r)
Os motores elétricos possuem uma placa identificadora, colocada pelo
fabricante. Para se instalar adequadamente o motor é imprescindível que o
eletricista saiba interpretar os dados da placa.
A figura nos dá o exemplo de uma placa de um motor trifásico. Os dados
mais importantes são:
- a potência do motor , dada em HP ou CV (1 HP = 746 W, 1 CV = 735 W),
para saber, se esse motor é capaz de executar o trabalho desejado (no caso
do exemplo da figura acima), a potência do motor é de 3 CV.
- a tensão alimentadora que o motor exige (220 ou 380 V).
- a frequência exigida da tensão alimentadora (60 Hz).
- a corrente nominal que o motor consumirá (9 ou 5,2 A, dependendo da
tensão alimentadora), para dimensionar os condutores de alimentaçao e os
dispositivos de proteção.
- as rotações que o motor fará por minuto (3510 RPM).
- a letra-código para dimensionar os fusíveis (no exemplo H).
- o esquema de ligação que mosta como os terminais devem ser ligados entre
si e com a rede de alimentação.
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MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA (CC)
Máquina de corrente contínua é uma máquina capaz de converter
energia mecânica em energia elétrica (gerador) ou energia elétrica em
mecânica (motor).
A energia elétrica utilizada hoje em dia na distribuição e transporte da
mesma é a corrente alternada, porém os motores de corrente contínua têm
tradicionalmente grandes aplicações nas indústrias sendo que, são eles que
permitem variação de velocidade como de uma esteira ou de um comboio por
exemplo. Atualmente componentes eletrônicos de tensão alternada já são
capazes de controlar a velocidade do motor assíncrono facilmente e pelo seu
menor custo e recursos de aplicação estão substituindo os motores de corrente
contínua na maior parte das aplicações.
Partes constituintes da máquina de corrente contínua
Rotor (armadura)
Parte girante, montada sobre o eixo da máquina, construído de um
material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de
enrolamento de armadura e o anel comutador. Este enrolamento suporta
uma alta corrente em comparação ao enrolamento de campo e é o
circuito responsável por transportar a energia proveniente da fonte de
energia.
Anel Comutador
Motor CC
Excitação Série
Excitação Independente
Excitação Compound
Imãs Permanentes
Excitação Paralela
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Responsável por realizar a inversão adequada do sentido das correntes
que circulam no enrolamento de armadura, constituído de um anel de
material condutor, segmentado por um material isolante de forma a
fechar o circuito entre cada uma das bobinas do enrolamento de
armadura e as escovas no momento adequado. O anel é montado junto
ao eixo da máquina e gira junto com a mesma. O movimento de rotação
do eixo produz a comutação entre os circuitos dos enrolamentos.
Estator (Campo ou excitação)
Parte estática da máquina, montada em volta do rotor, de forma que o
mesmo possa girar internamente. Também é constituído de material
ferromagnético, envolto em um enrolamento de baixa potência chamado
de enrolamento de campo que tem a função apenas de produzir um
campo magnético fixo para interagir com o campo da armadura. Em
algumas máquinas comercializadas no mercado é possível encontrar
enrolamentos de compensação que tem como função compensar o
efeito desmagnetizante da reação de armadura e enrolamentos de
comutação que tem como função diminuir o faíscamento no anel
comutador.
Escovas
Peças de carvão responsáveis por conduzir a energia para o circuito do
rotor.
Princípio de Funcionamento
A energia elétrica é fornecida aos condutores do enrolamento da
armadura pela aplicação de uma tensão elétrica em seus terminais pelo anel
comutador (coletor), fazendo com que se circule uma corrente elétrica nesse
enrolamento que produz um campo magnético no enrolamento da armadura.
Como o corpo do estator é constituído de materiais ferromagnéticos, ao
aplicarmos tensão nos terminais do enrolamento de campo da máquina temos
uma intensificação do campos magnéticos no mesmo e, portanto, a produção
de pólos magnéticos (Norte e Sul) espalhados por toda a extensão do estator.
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Pela atuação do anel comutador que tem como função alternar o sentido
de circulação da corrente no enrolamento da armadura, quando aplicamos uma
tensão no comutador, com a máquina parada, a tensão é transferida ao
enrolamento da armadura fazendo com que se circule uma corrente pelo
mesmo o que produz um campo magnético e outros pares de pólos no
enrolamento da armadura.
A orientação desse campo, ou seja, a posição do pólo norte e sul
permanece fixa, simultaneamente temos uma tensão elétrica aplicada no
enrolamento de campo no estator, assim, ao termos a interação entre os
campos magnéticos da armadura no rotor e do campo no estator, os mesmos
tentarão se alinhar, ou seja, o pólo norte de um dos campos tentará se
aproximar do pólo sul do outro.
Como o eixo da máquina pode girar, caso os campos da armadura e do
estator não estejam alinhados, surgirá um binário de forças que produzirá um
torque no eixo, fazendo o mesmo girar. Ao girar, o eixo gira o anel comutador
que é montado sobre o eixo, e ao girar o anel comutador muda o sentido de
aplicação da tensão, o que faz com que a corrente circule no sentido contrário,
mudando o sentido do campo magnético produzido.
Assim, ao girar o anel comutador muda a posição dos pólos magnéticos
norte e sul do campo da armadura e como o campo produzido pelo
enrolamento de campo no estator fica fixo, temos novamente a produção do
binário de forças que mantém a mudança dos pólos e conseqüentemente o
movimento do eixo da máquina.
Classificação das máquinas de corrente contínua segundo a maneira
como se alimenta a máquina
Excitação independente ou separada
Nesta configuração o circuito de excitação da máquina é alimentada por
uma fonte adicional independente ou separada da fonte de corrente
contínua que alimenta a armadura. Em geral o enrolamento de campo
que produz a excitação é constituído de condutores que não suportam
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grandes correntes, pois a excitação em geral utiliza correntes baixas
para produzir o campo magnético em comparação com as correntes que
circulam no enrolamento de armadura.
Excitação série
O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação está em
série com o circuito de armadura, sendo assim necessário apenas uma
fonte para alimentar o circuito de campo e da armadura. Como neste
caso a corrente que circula no enrolamento de campo que produz a
excitação é a mesma corrente que circula no enrolamento da armadura,
é necessário um enrolamento próprio para o circuito de excitação, capaz
de suportar correntes relativamente altas da armadura.
Excitação shunt ou em derivação
O circuito do enrolamento de campo que produz a excitação está em
paralelo ou em derivação com o circuito de armadura. Nesta
configuração, é necessário apenas uma fonte de corrente contínua para
alimentar o circuito de armadura e de campo, pois ambos os circuito
estão em paralelo. Como o enrolamento de campo está em paralelo ou
em derivação com o circuito de armadura, é possível utilizar o mesmo
tipo de condutor do caso de excitação independente.
Excitação Composta
Com dois enrolamentos de excitação, um em série e outro em
derivação, podendo existir o esquema de ligação longo ou curto e
composto aditivo ou subtrativo. Neste esquema de ligação utiliza-se uma
combinação da excitação série e shunt, de forma a aproveitar os
benefícios de ambas as ligações. Em muitas aplicações o enrolamento
série é utilizado para compensar o efeito desmagnetizante da reação de
armadura.
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Vantagens dos Motores CC
- Operação em 4 quadrantes com custos relativamente mais baixos
- Ciclo contínuo mesmo em baixas rotações
- Alto torque na partida e em baixas rotações
- Ampla variação de velocidade
- Facilidade de controlar a velocidade
- Os conversores CA/CC requerem menos espaço
- Confiabilidade
- Flexibilidade (vários tipos de excitação)
- Relativa simplicidade dos modernos conversores CA/CC
Desvantagens
- Os motores CC são maiores e mais caros que os motores de indução
para uma mesma potência
- Maior necessidade de manutenção (devido aos comutadores)
- Arcos e faíscas devido a comutação de corrente por elemento mecânico
(não pode se aplicado em ambientes perigosos)
- Tensão entre lâminas não pode exceder 20V (motores CA podem ser
alimentados com milhares de volts)
- Necessidade de medidas especiais de partida, mesmo em máquinas
pequenas.
Aplicações
Motores CC estão sendo substituídos por motores CA acionados por
inversores de freqüência. Porém em alguns setores sua utilização ainda é
vantajosa:
- Máquinas de Papel
- Bobinadoras e desbobinadoras
- Laminadores
- Máquinas de Impressão
- Extrusoras
- Prensas
- Elevadores
- Movimentação e elevação de cargas
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- Moinhos de rolos
- Indústria de borracha
- Mesa de testes de motores
- Movimentação dos HDs, CDs e DVDs.
- Veículos Elétricos
MOTOR UNIVERSAL
O motor universal pode funcionar tanto com alimentação DC como AC.
Um verdadeiro motor elétrico DC não aceita alimentação AC (essa inverte o
sentido da corrente a cada meio ciclo e isso apenas causaria trepidações); do
mesmo modo, um verdadeiro motor AC (como veremos) não aceita
alimentação DC (essa não oferecerá as convenientes alterações do sentido da
corrente para o correto funcionamento do motor).
Porém, se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos
motores DC por eletroímãs e ligarmos (em série) esses eletroímãs no mesmo
circuito do rotor e comutador, teremos um motor universal. Eis a ilustração
dessa 'engenhoca':
Nos motores universais, tanto estator como rotor sã o
eletroímãs com bobinas em série e concordância.
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Este motor “girará” corretamente quer seja alimentado por corrente
contínua ou corrente alternada. A diferença notável entre motor universal e
motor DC é que se você alimentar o motor universal com fonte DC, ele não
inverterá o sentido de rotação se você inverter a polaridade da fonte (como
acontece com o motor DC), continuará a girar sempre no mesmo sentido. Se
você quiser realmente inverter o sentido de rotação de um motor universal
deverá inverter as ligações nos eletroímãs dos estatores para inverter seus
pólos.
Motores universais são usados, por exemplo, em
batedeiras elétricas, aspiradores de pó etc. Em tais
motores, com o tempo de uso, haverá desgastes nas
escovas de carvão e deverão ser substituídas.
MOTORES DE PASSO
Muitos dispositivos computadorizados (drives, CDRom etc.) usam motores
especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar
continuamente, estes rotores giram em etapas discretas; os motores que
fazem isso são denominados 'motores de passo'. O rotor de um motor de
passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, seqüencialmente,
pelos pólos de diversos eletroímãs estacionários, como se ilustra:
25
Num motor de passo, o rotor é atraído por um par de pólos do estator e a seguir, por outro. O
rotor movimenta-se por etapas discretas, pausando e m cada orientação, até que novo coman-
do do computador ative um jogo diferente de eletroí mãs.
Estes eletroímãs são ligados/ desligados seguindo impulsos
cuidadosamente controlados de modo que os pólos magnéticos do rotor se
movam de um eletroímã para outro devidamente habilitado.
Aplicações
- Mesas XY
- Periféricos de computadores
- Célula de manufatura integrada
- Sistemas robóticos
Vantagens
- Tamanho e custos reduzidos
- Total adaptação à lógica digital (controle preciso da velocidade, direção e
distância)
- Características de bloqueio
- Pouco desgaste
- Dispensa realimentação
Desvantagem
- Má relação potência-volume Motor
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Lista com motores elétricos diversos:
� Mega Torque � Motores elétricos de velocidade variável
� Micro Moto-redutores � Motores elétricos especiais
� Moto Acionadores � Motores elétricos lineares
� Moto Freios � Motores elétricos monofásicos
� Motores à prova de poeira � Motores elétricos operados à bateria
� Motores Coreless � Motores elétricos reversíveis
� Motores de Corrente Contínua � Motores elétricos síncronos
� Motores de Passo � Motores elétricos síncronos de relutância
� Motores de pólo graduado � Motores elétricos submersíveis
� Motores Elétricos � Motores elétricos tipo comutador
� Motores elétricos à prova de explosão � Motores elétricos trifásicos
� Motores elétricos assíncronos � Motores elétricos universais
� Motores elétricos com capacitor em série � Motores elétricos ventilados
� Motores elétricos de alta freqüência � Motores Enrolados em Shunt
� Motores Elétricos de Alta Velocidade � Motores Flangeados
� Motores elétricos de baixa inércia � Motores HP fracionário
� Motores elétricos de baixa tensão � Motores para Aparelhos Domésticos
� Motores elétricos de fase bipartida � Motores para elevadores
� Motores elétricos de Gaiola � Motores para ventilador de forno
� Motores Elétricos de HP Fracionário � Motores polifásicos
� Motores Elétricos de HP inteiro � Motores sem escova
� Motores Elétricos de Ímã Permanente � Motores tipo Gaiola
� Motores elétricos de múltiplas velocidades � Motores ventilados à hélice
� Motores elétricos de precisão � Motovibradores
� Motores elétricos de torque � Peças para Motores Marítimos Elétricos
� Motores elétricos de tração � Reforma de motores elétricos
� Motores elétricos de velocidade constante
27
COMO FUNCIONAM OS MOTORES ELÉTRICOS
Os motores elétricos usam as forças de atração e repulsão que ocorrem
entre dois campos magnéticos para fazer girar um eixo, ou seja, transformam
energia eletromagnética, em energia mecânica. Este é o princípio básico de
qualquer motor elétrico, seja de qual tipo for.
Para entender melhor o funcionamento de um motor movido a energia
eletromagnética, é importante estar familiarizado com alguns conceitos de
eletromagnetismo, além de saber como eles se relacionam.
- CONCEITOS PRELIMINARES
MAGNETISMO E PÓLOS MAGNÉTICOS
O termo magnetismo se refere à atração e repulsão que existe entre dois
pedaços de material ferromagnético, um dos quais está magnetizado. Dentre
os principais materiais ferromagnéticos temos o ferro, o aço, o cobalto e o
níquel.
A força gerada destes processos de atração e repulsão é regida pela lei
de força de Lorentz (a lei basicamente nos diz que esta força de Lorentz
gerada é a soma da força elétrica com a força magnética), com direção
perpendicular ao campo magnético.
As extremidades (ou pólos) de uma unidade magnética são
denominados pólos magnéticos, sendo estes divididos em pólo sul e pólo norte.
As reações de atração e repulsão se devem justamente ao fato de coincidirem
ou não duas extremidades equivalentes (norte com norte, sul com sul) entre
dois ferromagnéticos.
ÍMÃS
Uma unidade magnética por si só, não tem tanta relevância em termos
quantitativos de atração e repulsão. Porém, se associados numa grande cadeia
podem gerar forças consideravelmente maiores. Esta associação de inúmeras
unidades magnéticas se comporta como uma grande unidade e é chamada de
ímã. Os princípios de pólos servem tanto pra unidade magnética como para o
ímã.
28
CAMPO MAGNÉTICO
As reações entre ferromagnéticos praticamente sempre se dão sem
contato físico. A explicação para este fenômeno é a de que existe um campo
magnético atuando ao redor dos ímãs. Assim, pode-se dizer que campo
magnético é a região ao redor do objeto de estudo, onde atua uma força
magnética.
ELETROMAGNETISMO E CAMPOS ELETROMAGNÉTICOS
O eletromagnetismo é a criação de um campo magnético por uma
corrente elétrica passando através de um condutor elétrico. Os campos
magnéticos como os que ocorrem naturalmente nos metais ferrosos também
podem ser produzidos usando a eletricidade. Os campos magnéticos
produzidos por uma corrente elétrica que passa através de um condutor
elétrico são denominados campos eletromagnéticos. Os motores elétricos
usam eletroímãs ao invés dos ímãs naturais porque:
• Os eletroímãs podem produzir forças de atração e repulsão milhares de
vezes mais fortes do que aquelas produzidas pelos ímãs naturais e
• os eletroímãs podem ser ligados e desligados, enquanto os ímãs
naturais possuem um campo magnético permanente.
Um campo eletromagnético se comporta como um campo magnético
que ocorre naturalmente. Ambos os tipos de campo possuem pólos norte e sul.
Os pólos opostos os campos magnéticos se atraem e os pólos iguais dos
campos eletromagnéticos se repelem, da mesma forma que no exemplo da
barra magnética.
CORRENTE ALTERNADA MONOFÁSICA E TRIFÁSICA
A corrente alternada é uma corrente elétrica que inverte a sua polaridade
regularmente através de um condutor. Em uma corrente alternada monofásica,
a corrente se desloca em um sentido, pára e depois se desloca no sentido
oposto. É daí que surge o caráter periódico e senoidal do gráfico I x t
(intensidade de corrente versus tempo).
29
A corrente alternada trifásica é composta de três valores alternados
igualmente espaçados por 10 graus elétricos. Sua representação gráfica é
análoga à monofásica, porém com 3 fases simultâneas.
INDUÇÃO
O termo indução se refere à produção de uma corrente elétrica em um
fio condutor que é deslocado través de um campo magnético. Quando um fio
condutor – um fio de cobre, por exemplo – é deslocado no campo magnético,
este mesmo campo exerce uma força eletromotriz (FEM) sobre os elétrons do
fio.
COMPONENTES DE UM MOTOR ELÉTRICO PADRÃO
ESTATOR
Um estator é um grupo de enrolamentos cilíndricos que produz um
campo eletromagnético. O estator é formado por uma carcaça, um núcleo,
enrolamentos e camisa dos mancais.
A carcaça do estator é a maior fonte de potência mecânica de todo o
motor. Ela suporta o núcleo do estator, oferecendo apoio para o rotor e o eixo,
e é o ponto de união normal entre o motor e sua base.
O núcleo do estator é formado de um grande quantidade de finas
laminações de aço silício nas quais os enrolamentos do estator estão
enrolados. Uma laminação é uma fina chapa de aço. O núcleo do estator
reforça o campo magnético produzido pelos enrolamentos do estator.
30
Os enrolamentos do estator são bobinas de fio isolado através dos quais
a corrente pode passar. Os enrolamentos do estator criam os campos
eletromagnéticos giratórios aos quais o rotor responde. As bobinas estão
ligadas e formadas de modo a atender às dimensões específicas do estator e
aos respectivos pólos do estator.
A camisa dos mancais são placas metálicas que ficam em cada
extremidade do motor. A camisa dos mancais abriga os mancais do eixo e
mantém o rotor na posição correta dentro do estator.
ROTOR
Um rotor é um conjunto de enrolamentos que giram dentro do estator.
Um rotor consiste de um núcleo, os enrolamentos do rotor, anéis de
fechamento ,o eixo e um ventilador para refrigeração. Nos motores elétricos de
indução, que são os mais utilizados, os rotores possuem enrolamentos
constituídos de barras de cobre ou alumínio dispostas circularmente e fechadas
por anéis do mesmo metal.
O núcleo do rotor reforça o campo eletromagnético gerado pelos
enrolamentos do rotor. O núcleo do rotor consiste em camadas (laminações) de
chapas de aço justadas ao eixo do rotor. As laminações possuem fendas de
forma a permitir que os enrolamentos do rotor se encaixem com segurança em
volta do núcleo.
Os enrolamentos do rotor são barras sólidas, geralmente de cobre ou
alumínio, sendo curtocircuitadas pelos anéis de fechamento do rotor. Estas
barras são fundidas nas fendas dentro do núcleo do rotor formando assim uma
31
gaiola. Quando a corrente flui através dos enrolamentos do rotor, é gerado um
campo eletromagnético. O campo eletromagnético interage com o campo
eletromagnético gerado pelos enrolamentos do estator para produzir energia
mecânica.
Os anéis de fechamento são anéis lisos que atuam como terminais
elétricos. Estes estão localizados em cada extremidade dos condutores do
rotor e são feitos do mesmo material dos condutores do rotor aos quais estão
conectados. As barras do rotor estão ligadas aos anéis coletores para formar
um circuito elétrico fechado. A corrente elétrica que passa pelo circuito fechado
gera o campo eletromagnético do rotor.
O eixo do rotor está localizado no centro do rotor e se estende além do
núcleo do rotor para fora da carcaça do estator, onde fica apoiado por mancais
nas camisas dos mancais.
Um ventilador fica acoplado a uma extremidade do rotor. À medida que o
rotor gira, o ventilador faz o ar circular pelo rotor e pelos enrolamentos do
estator para mantê-los frios.
MANCAIS
Um mancal é um dispositivo que fica em uma base de montagem fixa
que sustenta o eixo e permite que ele gire. Os mancais evitam que o eixo do
motor faça movimentos axiais (movimentos ao longo do eixo) ou radiais
(movimentos laterais ao eixo). O eixo gira sobre uma posição fixa.
CARCAÇAS
A carcaça é o envoltório que envolve o motor. A carcaça evita a ação do
tempo e a penetração de objetos estranhos, assegurando que nada vai atingir
e danificar as peças girantes do motor. A carcaça também abriga o sistema de
32
ventilação que resfria o motor durante o funcionamento. Existem três tipos
principais de carcaças: protegido contra o tempo segundo Norma NEMA II,
ventilação forçada a partir da base e ventilação forçada a partir da parte
superior.
FUNCIONAMENTO DO MOTOR ELÉTRICO DE C.A. POR INDUÇÃO
Quando uma corrente elétrica passa por um fio no estator, ela produz
um campo eletromagnético. Da mesma forma há uma corrente elétrica
passando pelo rotor produzindo um campo eletromagnético.
Os campos eletromagnéticos produzidos pelo estator e pelo rotor
possuem um pólo norte e um pólo sul cada um. Os pólos norte de cada campo
se repelem, da mesma forma que os pólos sul de cada campo. Assim, o pólo
norte do estator é atraído pelo pólo sul do rotor e o pólo sul do estator é atraído
pelo pólo norte do rotor. A combinação dessas forças de atração e repulsão faz
com que o rotor gire, de forma que o pólo norte do campo magnético do rotor
fique mais perto do pólo sul do campo magnético do estator, e o pólo sul do
campo magnético do rotor se aproxime do pólo norte do campo magnético do
estator. Este movimento giratório é denominado primeira metade do ciclo da
revolução de um motor elétrico.
Quando o sentido da corrente elétrica que passa pelo estator é invertido,
o campo eletromagnético do estator é invertido, e os pólos norte e sul do
campo trocam de lugar. Assim que isso acontece, a força de atração entre o
pólo norte do rotor e o pólo sul do estator se transforma em uma força de
repulsão, porque o pólo sul do estator se transformou em pólo norte. O rotor
gira novamente, de modo que os pólos norte e sul do rotor e do estator se
aproximem do seus opostos.
O rotor então, concluiu uma revolução. A polaridade é invertida
novamente no motor e o rotor dá uma meia volta outra vez. Este processo de
revolução do rotor é a energia mecânica produzida pelo motor. O eixo fica
preso a um dispositivo, como uma bomba por exemplo, que usa a energia do
rotor para girar o rotor da bomba.
Como a fonte de CA faz com eu os pólos do estator se alternem entre as
polaridades N e S, o rotor, uma vez acionado, continuará a girar a uma
velocidade próxima à velocidade síncrona (3600 rpm a 60Hz). Um enrolamento
33
de partida é sempre acrescentado aos motores monofásicos para assegurar a
rotação de partida correta. Sem o enrolamento extra, o rotor poderia
permanecer estacionário e rapidamente se superaquecer.
NORMAS TÉCNICAS APLICADAS A MOTORES ELÉTRICOS
Principais normas técnicas brasileiras aplicadas a motores:
Código : ABNT NBR 10840:1989 Título Primário : Máquinas elétricas girantes turbomáquinas síncronas. Título Sec. : Rotating electrical machines - Turbine - Type synchronous machines - Specification Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 22 Data de Publ. : 11/30/1989 Objetivo : Esta Norma fixa os requisitos específicos para turbomáquinas trifásicas de potência nominal igual ou superior a 1 MVA, utilizadas como geradores e, no que se aplicar, às utilizadas como motores síncronos. Código : ABNT NBR 11723:1979 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores assíncronos trifásicos de anéis para regime intermitente. Título Sec. : Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 12 Data de Publ. : 1/1/1979 Objetivo : Esta Norma abrange motores assíncronos, trifásicos, de anéis para regime intermitente, totalmente fechados, de tensão nominal inferior ou igual a 600 V, freqüência nominal de 60 Hz e nas carcaças 132 a 400. Código : ABNT NBR 15367:2006 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores de indução - Marcação de cabos terminais e sentido de rotação Título Sec. : Rotating electrical machines - Induction motors - Terminal markings and direction of rotation Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 45 Data de Publ. : 7/17/2006 Objetivo : Esta Norma especifica: a) os critérios a serem usados para determinar a estabilidade do equipamento de carregamento e de serviço da aeronave, incluindo cargas de vento; b) a classificação dos sistemas recomendados para alcançar a estabilidade; c) a fórmula a ser usada para cálculo da estabilidade do vento constante; d) os métodos de ensaio recomendados, aplicáveis ao equipamento. Código : ABNT NBR 15623-3:2008 Título Primário : Máquina elétrica girante - Dimensões e séries de potências para máquinas elétricas girantes - Padronização Parte 3: Motores pequenos e flanges BF10 a BF50 Título Sec. : Rotating electrical machines - Dimensions and output series for rotating electrical machines - Standardization Part 3: Small motors and flange BF10 to BF50 Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 7
34
Data de Publ. : 9/15/2008 Objetivo : Esta parte da ABNT NBR 15623 estabelece dimensões de fixação e de ponta de eixo para máquinas elétricas girantes de eixo horizontal, para motores pequenos com flanges entre BF10 e BF50, que usualmente são utilizados em disponitivos de controle. Código : ABNT NBR 15626-1:2008 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores de indução Parte 1: Trifásicos Título Sec. : Rotating electrical machines - Induction motors Part 1: Polyphase Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 79 Data de Publ. : 9/15/2008 Objetivo : Esta parte da ABNT NBR 15626 estabelece os requisitos mínimos para motores de indução trifásicos, com exceção daqueles motores mencionados em 1.2. Código : ABNT NBR 15626-2:2008 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores de indução Parte 2: Monofásicos Título Sec. : Rotating electrical machines - Induction motors Part 2: Single phase Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 63 Data de Publ. : 9/15/2008 Objetivo : Esta parte da ABNTNBR 15626 estabelece os requisitos mínimos para motores de indução assíncronos de rotor de gaiola. Código : ABNT NBR 17094-1:2008 Versão Corrigida:2008 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores de indução Parte 1: Trifásicos Título Sec. : Rotating eelectrical machines - Induction motors Part 1: Polyphase Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 79 Data de Publ. : 9/15/2008 Objetivo : Esta parte da ABNT NBR 17094 estabelece os requisitos mínimos para motores de indução trfásicos. Código : ABNT NBR 17094-2:2008 Versão Corrigida:2008 Título Primário : Máquinas Elétricas girantes - Motores de indução Parte 2: Monofásicos Título Sec. : Rotating electrical machines - Induction motors Part 2: Single phase Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 63 Data de Publ. : 9/15/2008 Objetivo : Esta parte da ABNT NBR 17094 estabelece os requsitos mínimos para motores de indução assíncronos de rotor de gaiola. Código : ABNT NBR 5383-1:2002 Título Primário : Máquinas elétricas girantes Parte 1: Motores de indução trifásicos - Ensaios Título Sec. : rotating electrical machines Part 1: Polyphase induction motors - Tests Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 62 Data de Publ. : 2/28/2002 Objetivo : Esta Norma prescreve os ensaios aplicáveis para a determinação das características de desempenho de motores de indução trifásico e verificação de sua conformidade com a ABNT NBR 7094. Código : ABNT NBR 5383-2:2007 Título Primário : Máquinas elétricas girantes Parte 2: Motores de indução monofásicos - Ensaios Título Sec. : Rotating electrical machines Part 2: Single-phase induction motors - Tests Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 66 Data de Publ. : 3/12/2007
35
Objetivo : Esta parte da ABNT NBR 5383 especifica os ensaios mais comumente aplicáveis para determinação das características de desempenho de motores de indução monofásicos e para verificação de sua conformidade de acordo com a ABNT NBR 7094. Código : ABNT NBR 7094:2003 Título Primário : Máquinas elétricas girantes - Motores de indução - Especificação Título Sec. : Rotating electrical machines - Induction motors - Specification Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 49 Data de Publ. : 2/28/2003 Objetivo : Esta Norma fixa os requisitos básicos a serem atendidos pelos motores de indução, com exceção daqueles motores mencionados em 1.3. Código : ABNT NBR 8441:1984 Título Primário : Máquina elétrica girantes - Motores de indução de gaiola, Trifásicos, fechados - Correspondência entre potência nominal e dimensões Título Sec. : Comitê Técnico : ABNT/CB-03 Eletricidade Páginas : 3 Data de Publ. : 4/30/1984 Objetivo : Esta Norma padroniza a correspondência entre a potência nominal em regime contínuo, a velocidade síncrona e as dimensões de fixação e de ponta e de eixo e a designação dos flanges.
MANUTENÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS
Os motores elétricos são responsáveis por grande parte da energia
consumida nos segmentos onde seu uso é mais efetivo, como nas indústrias,
onde representam em média mais de 50% do consumo de eletricidade dessas
instalações. São, portanto, equipamentos sobre os quais é preciso buscar,
prioritariamente, a economia de energia. Nos motores elétricos as operações
de controle de materiais e equipamentos têm na sua maioria um efeito direto
sobre o estudo mecânico e elétrico destes equipamentos, agindo direta ou
indiretamente sobre seus rendimentos.
Apresentaremos agora ações que, se adotadas pelos técnicos de manutenção,
resultarão na melhoria do rendimento dos motores existentes em suas
instalações, bem como numa maior vida útil dos componentes do mesmo.
Cabe ainda observar que 90% dos motores elétricos instalados são
assíncronos com rotor em curto-circuito, sendo, portanto este tipo de
equipamento objeto da análise a seguir apresentada. A figura abaixo mostra as
principais perdas que ocorrem nos motores elétricos:
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Analisando a foto, vemos que as perdas são: perdas por ventilação; perdas térmicas (estator mais rotor; perdas nos mancais). Vejamos pois como proceder para diminuí-las.
CARREGAMENTO CONVENIENTE DOS MOTORES
Um motor elétrico é dimensionado para fornecer um conjugado nominal
Cn, a uma velocidade nominal Nn. Isto é, para uma potência nominal Pn,
temos: Pn = Cn x Nn
As perdas elétricas (ou perdas térmicas) variam com o quadrado do conjugado
resistente (carga). Num motor bem dimensionado, o conjugado resistente deve
ser menor que o conjugado nominal. Se for igual ou ligeiramente superior, o
aquecimento resultante será considerável. Por outro lado, um motor "sub-
carregado" apresente uma sensível redução no rendimento. O carregamento
ideal deveria corresponder à carga do trabalho a ser efetuado, o que nem
sempre é fácil de determinar. Se o trabalho exigido da máquina acionada
apresente sobrecargas temporárias, a potência do motor deve ser ligeiramente
superior à potência necessária. É importante limitar o crescimento das perdas,
realizando adequada manutenção das máquinas e componentes mecânicos de
acionamento, como por exemplo: regulagem das folgas, lubrificação adequada,
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verificação dos alinhamentos, etc. Finalmente, devemos lembrar que motores
individuais são geralmente mais econômicos em energia do que as
transmissões múltiplas.
VENTILAÇÃO ADEQUADA:
Nos motores auto-ventilados, o ar de resfriamento é fornecido por um
ventilador interno ou externo acionado pelo eixo do motor. O fluxo de ar arrasta
consigo poeira e materiais leves que obstruem aos poucos as aberturas ou
canais e impedem a passagem do ar e a dispersão normal de calor, o que
aumenta fortemente o aquecimento do motor. Por outro lado, é comum
encontrar nas indústrias motores instalados em espaços exíguos que limitam a
circulação do ar, provocando aquecimentos excessivos. Nos motores que
utilizam ventilação forçada externa, a parada do grupo moto-ventilador pode
causar os mesmos problemas.
Portanto, para assegurar o bom funcionamento das instalações, devem
ser tomadas as seguintes precauções:
- Limpar cuidadosamente os orifícios de ventilação; Limpar as aletas retirando
a poeira e materiais fibrosos; Cuidar para que o local de instalação do motor
permita livre circulação de ar; Verificar o funcionamento do sistema de
ventilação auxiliar e a livre circulação do ar nos dutos de ventilação.
CONTROLE DA TEMPERATURA AMBIENTE
De forma geral, a temperatura limite suportada pelos isolantes do motor
é calculada para o funcionamento num ambiente com temperatura de 40ºC,
variando pouco de um motor para outro. Portanto, é importante verificar e
controlar a temperatura ambiente para não ultrapassar os valores para os quais
o motor foi projetado.
CUIDADO COM AS VARIAÇÕES DE TENSÃO
O equilíbrio térmico de um motor é modificado quando a tensão de
alimentação varia. Uma queda de tensão limita o fluxo do circuito magnético,
reduzindo as perdas no ferro e a corrente em vazio. Porém, o conjugado motor
deve superar o conjugado resistente, para impedir o aumento excessivo do
escorregamento. Como o conjugado motor é função do produto entre o fluxo e
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a intensidade da corrente absorvida, se o fluxo diminui a intensidade da
corrente aumenta. Com a corrente em carga aumentada pela queda de tensão,
o motor se aquecerá, aumentando as perdas. Um aumento de tensão de
alimentação terá efeitos mais limitados, uma vez que a corrente em vazio
aumenta enquanto a corrente em carga diminui.
OPERAÇÃO COM PARTIDAS E PARADAS BEM EQUILIBRADAS
Devem ser evitadas as partidas muito demoradas que ocorrem quando o
conjugado motor é apenas ligeiramente superior ao conjugado resistente: a
sobreintensidade de corrente absorvida, enquanto a velocidade nominal não é
atingida, aquece perigosamente o motor. Da mesma forma, uma frenagem por
contra-corrente, ou seja, através de inversão do motor, representa, a grosso
modo, o custo equivalente a três partidas. Em todos os casos, é fundamental
assegurar-se que o conjugado de partida seja suficiente: Através da escolha de
um motor adequado; Verificando se a linha de alimentação possui
características necessárias para limitar a queda da tensão na partida;
Mantendo a carga acoplado ao motor em condições adequadas de operação,
de forma a não apresentar um conjugado resistente anormal.
PARTIDAS MUITO FREQÜENTES
Quando o processo industrial exige partidas freqüentes, essa
característica deve ser prevista no projeto do equipamento e o motor deve
estar adaptado para trabalhar desta forma. Porém, em conseqüência de
reguladores de algumas máquinas, pode ser necessário proceder a várias
partidas num tempo relativamente curto, não permitindo que o motor esfrie
adequadamente.A figura abaixo mostra que entre cada partida a curva de
aquecimento tem sua origem e pico mais elevados e pode ultrapassar
rapidamente o limite crítico de temperatura.
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Aconselha-se, durante essas regulagens, observar a temperatura do motor,
proporcionando tempos de parada suficientes para que a temperatura volte a
um valor conveniente.
DEGRADAÇÃO DOS ISOLANTES TÉRMICOS
A vida útil de um isolante pode ser drasticamente reduzida se houver um
sobreaquecimento representativo do motor. As principais causas da
degradação dos isolantes são: sobretensão de linha, sobreintensidade de
corrente nas partidas, depósito de poeira formando pontes condutoras, ataque
por vapores ácidos ou gases arrastados pela ventilação.Para prevenir a
degradação desses isolantes, recomendamos abaixo algumas medidas a
serem tomadas:
PROCEDIMENTOS PARA MANUTENÇÃO DOS ISOLANTES ELÉTRICOS:
- Equipar os quadros de alimentação com aparelhos de proteção e comandos
apropriados e verificar periodicamente o seu funcionamento.
- Aproveitar os períodos de parada dos motores para limpar as bobinas dos
enrolamentos.
- Caso necessário, instalar filtros nos sistemas de ventilação dos motores,
proporcionando-lhes manutenção adequada.
- Colocar os motores em lugares salubres.
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- Verificar qualquer desprendimento de fumaça.
- Verificar periodicamente as condições de isolamento.
- Equipar os motores com dispositivos de alarme e proteção contra curtos-
circuitos.
- Observar ruídos e vibrações intempestivas.
- Observar sinais de superaquecimento e anotar periodicamente as
temperaturas durante a operação.
- Observar o equilíbrio das correntes nas três fases.
- Verificar se a freqüência prevista para o motor é realmente igual à freqüência
da rede de alimentação.
FIXAÇÃO CORRETA DOS MOTORES E ELIMINAÇÃO DE VIBRAÇÕES
O motor standard é construído para funcionar com eixo numa
determinada posição: horizontal ou vertical. Em poucas palavras, um motor
nunca deve ser fixado numa inclinação qualquer de seu eixo sem que se tenha
certeza de suas características próprias. Vibrações anormais causam uma
redução no rendimento do motor: elas podem ser conseqüência de uma falha
no alinhamento, de uma fixação insuficiente ou defeituosa do motor em sua
base, de folgas excessivas dos mancais, ou ainda de um balanceamento
inadequado nas partes giratórias. Para controlar este problema, podemos
tomar algumas medidas preventivas, que são:
- Observar o estado dos mancais.
- Observar a vida útil média dos mancais (informação fornecida pelos
fabricantes).
- Controlar e analisar as vibrações de forma muito simples:
basta colocar uma ferramenta sobre o mancal, aproximando o ouvido e
detectando as falhas pelos ruídos produzidos.
- Tomar cuidado ao substituir um rolamento por outro.
- Nas paradas de longa duração, trocar periodicamente a posição de repouso
dos rotores dos motores elétricos, assim como das partes móveis das
máquinas.
LUBRIFICAÇÃO CORRETA DOS MANCAIS
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É importante saber que a uma temperatura de 40ºC, a vida útil de um
rolamento de esferas em funcionamento contínuo pode ser de 3 a 4 anos ou
mais. No entanto, para cada 10ºC de elevação da temperatura de trabalho a
vida útil diminui, em média, 50%. A correta lubrificação dos rolamentos, além
de permitir um melhoria de rendimento, evita a elevação da temperatura que
prejudica a vida útil desses equipamentos. A lubrificação dos rolamentos é feita
geralmente com graxa mineral. Quando as temperaturas de operação forem
elevadas (de 120ºC a 150ºC) ou as velocidades de rotação forem acima de
1.500 rpm, usa-se óleo mineral para a lubrificação. Esses óleos devem ter
características lubrificantes adequadas às condições de trabalho. Nos motores
de pequena potência, a lubrificação inicial na montagem é prevista de modo a
assegurar um número elevado de horas de funcionamento. Às vezes, a reserva
de graxa é suficiente para toda a vida útil do equipamento. Nos motores
maiores há necessidade de lubrificação externa. A freqüência de lubrificação
depende do projeto dos mancais e das características dos lubrificantes
utilizados. Algumas recomendações que podem garantir maior vida útil para os
rolamentos e um menor consumo de energia são:.
- Respeitar os intervalos de lubrificação.
- Não engraxar excessivamente os rolamentos e limpá-los com gasolina antes
de colar a graxa nova (salvo se houver evacuador automático de graxa).
- Utilizar as graxas recomendadas pelo fabricante em função do serviço e da
temperatura.
- Para os mancais lubrificados a óleo, verificar os anéis de retenção e utilizar o
óleo recomendado.
- Observar a temperatura dos mancais em operação.
- Cuidar para que a temperatura ambiente permaneça dentro dos limites
normais.
- Se o motor precisa funcionar num ambiente anormal, assinalar este fato ao
fabricante no momento do pedido.
- Durante a limpeza, evitar os depósitos de poeira nas caixas de rolamentos.
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Tabela I. Defeitos mais freqüentes em motores elétricos
Nº Defeito Sistemas Externos Sintomas Internos Causas Razões mais freqüentes
Cuidados Futuros
01 Estator queimado por sobrecarga
-Temperatura alta da carcaça; -Cheiro de queimado; -Atuação das proteções; -Baixa Resistência de Isolamento nas 3 fases.
- Cabeças das bobinas uniformemente carbonizadas nas 3 fases.
Sobrecarga baixa durante um tempo longo ou sobrecarga forte por tempo curto. Ver
TAB II
02 Fase queimada - Costuma acontecer em motores delta; - Baixa resistência de isolamento à massa de 1 fase; - Baixa resistência ôhmica da fase.
- Bobinas de fase carbonizada; - As duas outras fases intactas; - Sinais de curto na fase.
Falta de uma fase da alimentação. O motor ficou rodando como monofásico (com toda a carga).
- Fusível queimado numa fase; - Condutor de fase com interrupção.
- Verificar cabos e painéis; - Verificar o nível de rorina das proteções.
03 Duas Fases queimadas
- Costuma acontecer em motores Y; - Duas fases com baixa resistência de isolamento à massa; - Resistência ôhmica alterada em uma ou nas duas fases queimadas.
- Duas fases carbonizadas; - Uma fase intacta; - Às vezes, sinais de descarga entre espiras nas fases queimadas.
- Falta de uma Fase- motor rodando em monofásico.
- Cabo de fase interrompido; - Fusível queimado; - Falha no disjuntor térmico.
IDEM ITEM II
04 Curto entre duas fases
- As três fases com resistência de isolamento boa para a massa; - Resistência de isolamento nula entre 2 fases.
- Sinal de descarga entre duas fases, quase sempre na cabeça das bobinas.
- Colapso do isolante; - Sobretensão momentânea (manobra)
- Umidade excessiva; - Baixa resistência de isolamento entre fases; - Motor parado muito tempo.
IDEM ITEM II
05 Curto entre fase e massa
- 2 fases com boa resistência de isolamento entre si; - 1 fase "furada" para a massa; - Resistência ôhmicas certas em duas fases; - Resistência boa ou nula na fase "furada".
- Muitas vezes não são visíveis; NOTA: Algumas proteções não atuam com o defeito se não houver interrupções por arco.
06 Fase Interrompida - Nos motores Y: interrupção ôhmica entre um borne e os outros dois; - Nos motores estrela: Nas 3 medições ôhmicas, uma é dupla das outras duas.
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Tabela II: Razões de sobrecarga mais freqüentes
RAZÕES FAZER DETERMINAR COMPARAR SOLUÇÕES FUTURAS
01 Motores acoplados a ventiladores e a telas transportadoras com alto tempo de partida.
Análise da partida de motores a partir da curva de binário motor e binário resistente.
Curva de aceleração - Tempo de partida.
Rotor bobinado versus dupla gaiola.
- Gaiola dupla alta resistência; - Acoplador hidráulico; - Resistência Rotórica.
02 Roçamento do motor no estator devido a falha do rolamento.
Verificar as causas de falha do rolamento.
03 Sobrecarga (pequena) deliberada - regulagem alterada da proteção térmica.
- Proibir sobrecarga; - Colocar motor de maior potência;
04 Tensão excessivamente pequena - sobre-itnensidade resultante e má regulagem do relé (ou térmico) de sobre-intensidade.
Ver causa da queda de tensão.
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Nas figuras abaixo temos as ilustrações dos principais defeitos listados acima.
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VANTAGENS DO USO DE MOTOR CA EM COMPARAÇÃO COM
MOTOR CC E SISTEMAS DE VARIAÇÃO DE VELOCIDADE .
1 O motor CA é mais barato do que motor CC, reduzindo custo de compra
e/ou valor financeiro do estoque.
2 O acionamento CA é mais barato do que o acionamento CC,reduzindo
custo de compra e/ou valor financeiro do estoque.
3 A eficiência do motor CA é melhor do que a do motor CC, garantindo
uma redução no consumo de energia e menor aquecimento do motor
4 Redução em até 200% no custo de manutenção, pois o motor CA tem
menos peças na sua fabricação (o motor CC tem CAMPO e
ARMADURA, escovas comutadoras, etc, que devem ser reparadas em
caso de falha.
5 . A construção do motor CA é mais simples). O rebobinamento de um
motor CC traz resultado inferior ao do motor CA, a performance após um
rebobinamento não é a mesma . Mais oficinas estão habilitadas a
rebobinarem motores CA, o que permitem uma oferta de serviços com
custo reduzido, devido a competitividade comercial.
6 Disponibilidade comercial maior do motor CA do que motor CC – compra
mais fácil e rápida.
7 Disponibilidade comercial maior do acionamento do motor CA do que
motor CC – compra mais fácil e rápida.
8 O motor CA normalmente tem tamanho menor do que o motor CC.
9 Padronização de tamanhos, potências e características técnicas
facilitam escolha do motor mais adequado para a aplicação, substituição
de um motor danificado por outro em caso de falha, intercambiabilidade
de peças entre motores, rebobinamento, uso de chaves de partidas
convencionais (direta, estrela – triangulo, compensadora, soft-start,
inversor de freqüência). Enquanto o motor CC só pode ser acionado por
equipamento especializado.
10 Para variação de velocidade, o sistema CA (inversor de freqüência)
permite economizar energia, produz menos harmônicos (quando vem
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com filtro embutido), tem mais recursos de automação permitindo operar
a máquina de diversas maneiras.
11 O inversor de freqüência é mais facilmente programado, permitindo
maior rapidez na colocação em funcionamento. A programação de um
inversor pode ser copiada para outro inversor.
12 Maior disponibilidade de redes de comunicação, até via Internet.
13 O conjunto motor CA e inversor permite uma sobrevelocidade de até 20
% com manutenção do torque necessário para acionar a máquina,
através de uma correta programação do inversor. Devido a problemas
de faíscas de comutação nas escovas o motor CC não pode ter este
limite superado.
14 O inversor de freqüência com controle vetorial permite estabilidade de
operação do motor CA, sem a necessidade de taco-gerador digital
(encoder), ao passo que o motor CC é obrigatório o uso de taco gerador
para promover o controle.
15 Recursos de um inversor de freqüência para motores CA que não estão
disponíveis em conversores CC: suporta maiores quedas de tensão da
rede , por um tempo maior, mantendo a máquina funcionando, retomada
de velocidade mais suave, diversas proteções elétricas (sobrecarga,
curto-circuito, fuga à terra, falta de fase, etc) que podem nem estar
presentes no conversor CC, acionamento em velocidade pré-
selecionadas impedindo operação inadequada por falha humana,
sistema PID para controle de variável de um processo ou máquina
(pressão, vazão, temperatura, velocidade, posicionamento, nível, peso ,
tensão de um fio).
16 O inversor de freqüência, em conjunto com um encoder, permite um
precisão no acionamento superior ao de um motor CC no atual estágio
da tecnologia, portanto qualquer máquina pode ser acionada por um
inversor de freqüência e um motor CA .
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CONCLUSÃO
A concorrência entre fabricantes provocou o rápido aperfeiçoamento do
motor elétrico, pois o sucesso dependia da capacidade de colocar no mercado
um produto de melhor qualidade, menor custo e menor relação peso/potência.
Quando começou a fabricação em série, a diminuição de peso e tamanho
trouxe um aspecto negativo: as dimensões variavam de um fabricante para
outro, dificultando a intercambialidade.
Assim, começou-se a buscar uma padronização das características mais
importantes do motor. Em 1923 foi publicada, na Alemanha, a norma DINVDE-
2650, que fixava valores para rendimento, fator de potência, conjugado de
partida e corrente de partida para motores abertos trifásicos com rotor
em curto-circuito de 0,12 a 100 kW. Após a Segunda Guerra, iniciou-se a
padronização dimensional. Em 1948, uma norma estabelecia dez dimensões
de carcaças, mas levava em conta apenas motores de quatro pólos. Dois anos
depois foi criado um subcomitê da International Electrotechnical Commission -
IEC -, visando a padronização das máquinas elétricas girantes. Mas ainda
havia o problema da utilização de dois sistemas de medida diferentes (métrico
e em polegadas). Optou-se então por estabelecer séries independentes de
potências e dimensões, e a relação entre elas ficaria a cargo das associações
normativas de cada país. Em 1956 foi publicada a primeira edição da norma
IEC-72, que até hoje serve de diretriz para os países membros. A norma
brasileira NBR 5432/1983 segue as recomendações da IEC-72, porém propõe
que, para motores de potência nominal igual ou inferior a 150kW ou 200 cv, as
potências deverão ser expressas preferencialmente em cv(cavalo-vapor). Para
potências superiores são admitidas duas séries, uma em kW e outra em cv,
que não são equivalentes entre si, porém são baseadas na série R 40.
O que se deduz é que uma padronização sensata deve oferecer a possibilidade
de aperfeiçoamento e de desenvolvimento tecnológico. Por outro lado, é
necessário que as normas tenham um maior período de validade, para se
evitar desperdício com investimentos em ferramental, material e mão-deobra.
Se analisarmos o desenvolvimento das máquinas elétricas através da
história e avaliarmos o seu atual estágio tecnológico, temos a sensação de que
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não há mais muita coisa a fazer. Mas também sabemos que o
desenvolvimento, uma vez desencadeado, não pára. O que, hoje, faz parte da
ficção científica, amanhã poderá ser realidade.
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BIBLIOGRAFIA
http://pt.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_corrente_cont%C3%ADnua
http://www.brasilescola.com/fisica/eletricidade-acionamento-motores-
eletricos.htm
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico
http://www.inf.ufsc.br/~lucia/Semestre2009-1/EletrotecnicaGeral/
http://www.youtube.com/watch?v=-HLACTF9YQg
www.thomasglobal.com.br/products/10830-Motores_eletricos/
Eletrotécnica Geral – IX. Motores Elétricos, DLSR/JCFC - UNESP/FEG/DEE
http://www2.eletronica.org/projetos/motores-de-corrente-continua/
Motores de corrente contínua, Guia rápido para uma especificação precisa,
Siemens
FRANCHI, C.M. ACIONAMENTOS ELÉTRICOS, Ed. Érica, 4a. Ed., SP, 2008.
ULIANA, J.E. Apostila de Comando e Motores Elétricos. Curso Técnico em
Plásticos.
www.weg.net
Tipler, Paul. FÍsica: Eletricidade e Magnetismo, Ótica”, Sessão exploratória,
cap. 31, 4.ª Ed.
http://www.ebah.com.br/historia-dos-motores-eletricos-doc-a20276.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#Hist.C3.B3ria
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor
http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico
http://www.geindustrial.com.br/
http://www.cefetsc.edu.br/
http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_00.asp
http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Motores/Motores-Eletricos-
Industriais
