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TÉCNICO EM MECÂNICA

AULA 9 – Máquinas Elétricas

Disciplinas de Eletricidade e Eletrotécnica Industrial

Professor Tarcísio Pollnow Kruger

[email protected] – [email protected]

Itajaí – SC

2017

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


Sumário


Máquinas Elétricas

Transformadores

O transformador é um dispositivo que permite elevar ou abaixar os

valores de tensão ou corrente em um circuito de CA.



Transformadores

Nas imagens abaixo temos exemplos de transformadores

monofásicos e trifásico, assim como representações dos mesmos.



Transformadores

Quando uma bobina é conectada a uma fonte de CA, a mesma

produz um campo magnético variável. O campo magnético variável gerado na primeira bobina é direcionado (núcleo ferromagnético) “cortando” as espiras da segunda bobina.

Como consequência da variação de campo magnético sobre suas espiras surge, na segunda bobina, uma tensão induzida.



Transformadores

A bobina na qual se aplica a tensão CA é denominada de primário

do transformador e a bobina onde surge a tensão induzida é denominada de secundário do transformador.



Transformadores

É importante observar que as bobinas primária e secundária são

eletricamente isoladas entre si. A transferência de energia de uma para outra se dá exclusivamente através das linhas de força magnética.



Transformadores

O núcleo diminui a dispersão do campo magnético, fazendo com

que o secundário seja cortado pelo maior número de linhas magnéticas possível, obtendo uma melhor transferência de energia entre primário e secundário.



Transformadores

Com a inclusão do núcleo, o aproveitamento do fluxo magnético

gerado no primário é maior. Entretanto surge um inconveniente:

O ferro maciço sofre grande aquecimento com a passagem do fluxo magnético.



Transformadores

Com a laminação do ferro se reduzem as “correntes parasitas”

responsáveis pelo aquecimento do núcleo.

A laminação não elimina o aquecimento, mas reduz sensivelmente em relação ao ferro maciço.



Transformadores

Símbolo:



Transformadores

Relação de transformação:

A aplicação de uma tensão CA ao primário de um transformador resulta no aparecimento de uma tensão induzida no seu secundário.

Aumentando-se a tensão aplicada ao primário, a tensão induzida no secundário aumenta na mesma proporção.



Transformadores


A relação entre as tensões no primário e secundário depende fundamentalmente da relação entre o número de espiras no primário e secundário.

Num transformador com primário de 100 espiras e secundário de 200 espiras, a tensão no secundário será o dobro da tensão no primário.



Transformadores




Transformadores


O transformador é um dispositivo que permite modificar os valores de tensão e corrente em um circuito de CA.

Em realidade o transformador recebe uma quantidade de energia elétrica no primário, transforma em campo magnético e converte novamente em energia elétrica disponível no secundário.



Transformadores


Admitindo-se que não existam perdas por aquecimento do núcleo, pode-se concluir que toda a potência absorvida no primário está disponível no secundário.



Transformadores


Resumo:



Transformadores


Exercício:

1) Um transformador abaixador de 110 V para 6 V deverá alimentar no seu secundário uma carga que absorve uma corrente de 4,5 A . Qual será a corrente no primário? Qual a potência consumida e fornecida desprezando as perdas?



Autotransformador

Para reduzir custos ou em situações específicas, pode-se optar pela

utilização ou construção de um autotransformador. Ele não difere muito de um transformador monofásico no que diz respeito ao ferromagnético desse equipamento.



Autotransformador

No autotransformador não há mais primário e secundário como dois

enrolamentos distintos, na verdade temos apenas um enrolamento que serve como primário e como secundário ao mesmo tempo.



Autotransformador

Num autotransformador, parte da energia é transferida

condutivamente, do primário ao secundário, e o restante da energia é transferida por ação de transformação.



Autotransformador

Qualquer transformador comum, de dois enrolamento isolados,

pode ser convertido num autotransformador.



Autotransformador

Obs.: É importante ressaltar que ao transformar um transformador

isolado em um autotransformador, abre-se mão da isolação entre primário e secundário.



Autotransformador

Vantagens:

Aumento da capacidade: A ligação de um transformador isolado como autotransformador, tem como motivo o tamanho menor de um autotransformador da mesma capacidade em comparação a um transformador isolado.

Deve-se levar em consideração que o aumento dramático na capacidade em kVA ocorre de forma marcante quando a relação das tensões primárias e secundária se aproxima da unidade.



Autotransformador

Vantagens:

Aumento da capacidade: Quando há uma grande relação entre as tensões primária e secundária, a capacidade em kVA tem um acréscimo, mas não tão marcante.



Autotransformador

Vantagens:

Aumento da capacidade: O rendimento do autotransformador varia com a relação de transformação. Este será mais alto quando a relação de transformação se aproxima da unidade. Nela, toda a energia é transferida condutivamente e a corrente no transformador é extremamente pequena



Autotransformador

Vantagens:

A aplicação de autotransformadores é indicada quando não há necessidade de isolação elétrica entre primário e secundário e a redução de tensão não ultrapassa 50% da tensão primária, como, por exemplo, o autotransformador trifásico para sistemas de compensação de partida de motores (chave compensadora), que possui taps de 50%, 65% e 85% da tensão de entrada.



Máquinas Rotativas

O termo máquina elétrica é aplicado ao equipamento que

transforma energias, em que pelo menos uma delas seja elétrica. Temos, então, as máquinas elétricas estáticas (em geral transformadores) e as máquinas elétricas rotativas.



Máquinas Rotativas

Define-se como gerador a máquina girante que recebe energia

mecânica no seu eixo e a transforma em energia elétrica. Já o motor elétrico é definido como a máquina que recebe energia elétrica nos seus terminais e produz energia mecânica no seu eixo



Máquinas Rotativas

As máquinas elétricas, de um modo geral, são aptas a funcionarem

tanto como motor quanto como gerador sendo que algumas delas se adaptam mais a um dado sentido de conversão do que ao outro sentido.



Máquinas Rotativas

Está apresentada uma divisão simplificada das máquinas elétricas

segundo a corrente elétrica.



Máquinas CC (corrente contínua)

As máquinas de corrente contínua funcionam muito bem como

motor e como gerador.

O uso gerador CC restringe-se a situações muito raras pois, na maioria dos casos, um retificador de CA, que é muito mais barato e menos volumoso, supre a necessidade de CC.




Os motores de CC são utilizados onde se deseja um fino controle de

velocidade e de posição como em máquinas de usinagem com Comando Numérico Computadorizado (CNC), bobinadores em fábricas de papel, usinas siderúrgicas etc.




A máquina CC pode ser dividida nas seguintes partes principais:

Circuito magnético, circuito de excitação, circuito elétrico da armadura e conjunto das escovas.




Partes: - Circuito Magnético

É o caminho por onde passam as linhas de força do campo magnético da máquina. É feito de material ferromagnético a fim de possuir a mínima relutância.




Partes: - Circuitos de excitação

O circuito de excitação (circuito de campo) é composto de bobinas de fio de cobre esmaltado enroladas em torno dos polos as quais, alimentadas com corrente contínua, produzem o campo magnético principal da máquina. Quando a máquina é excitada por ímãs permanentes não existe o circuito de campo.




Partes: - Circuito elétrico da armadura

A armadura (ou induzido) é constituída do enrolamento da armadura, do comutador e do eixo. O enrolamento da armadura é um conjunto de bobinas de fio de cobre esmaltado onde ocorre a geração de f.e.m. e a produção de forças mecânicas. Este bobinado é fixado dentro das ranhuras e os seus terminais são ligados ao comutador.




Partes: - Circuito elétrico da armadura

O comutador é composto de segmentos de cobre, isolados um dos outros por meio de mica, e de um corpo suporte que o mantém fixo ao eixo porém isolado do mesmo.




Partes: - Conjunto das escovas

As escovas servem para a transferência de energia elétrica entre o circuito elétrico girante e o circuito estacionário através de um contato deslizante com a superfície externa do comutador.





Elas são feitas de diversos materiais entre os quais se destacam o carvão, carvão grafite, eletrografite, metal grafite, metal carvão etc. Apesar da aparência simples é parte sensível da máquina de corrente contínua.





Os porta-escovas guiam as escovas dando-lhes certa liberdade para poderem ser pressionadas, por molas reguláveis, contra o comutador.




Noções básicas de funcionamento:

No funcionamento como motor CC, a presença do comutador permite que o torque do motor seja sempre no mesmo sentido, ao inverter o sentido da corrente nas bobinas da armadura.




Noções básicas de funcionamento:

No funcionamento como gerador CC, a presença do comutador, inverte a polaridade gerada nas bobinas da armadura (geração CA), de forma a disponibilizar tensão CC nos seus terminais.

Com mais bobinas na armadura, a tensão “retificada” se torna mais suave (menos ondulação).




Formas de excitação dos geradores CC:

O gerador, para funcionar, necessita de acionamento e excitação. Acionamento é ação da máquina primária fornecendo energia mecânica ao eixo. Excitação significa a criação do campo magnético principal nos pólos.

As formas básicas de excitação são obtida através de:

- Polos com ímãs permanentes;

- Polos com bobinas de campo.




Formas de excitação dos geradores CC: - Imãs permanentes

A excitação a ímãs permanentes é utilizada em pequenas máquinas tais como geradores didáticos.

Fig.1.30 - Gerador de CC de ímãs permanentes




Formas de excitação dos geradores CC: - Bobinas de campo

Nesta máquina os polos contêm bobinas de fio de cobre isolado alimentado por corrente contínua.





Gerador de Excitação Independente:

Aplicações:

- Grandes geradores;

- Geradores com amplo ajuste da tensão de saída.





Gerador de Excitação Paralela ou Derivação

Aplicações:

- Dínamos de automóveis antigos;

- Aerodínamos de uso rural.





Gerador de Excitação Composta

Aplicações:

- Só é usado em casos muito especiais como gerador CC para solda.




Formas de excitação dos motores CC: - Ímãs permanentes

Aplicações:

- Pequenos motores tais como os usados em brinquedos elétricos à pilha;

- Limpador de pára-brisa e outros motores do automóvel, inclusive alguns motores de arranque.

- Máquinas C.N.C. (comando numérico computadorizado)

Fig.2.6 - Motor de CC de ímãs permanentes




Formas de excitação dos motores CC: - Bobinas de campo

Motor CC de Excitação Independente

É o mais usado na indústria pois permite controle fino da velocidade.

Aplicações:

- Bobinadores e desbobinadores de fios, fitas etc.

- Máquinas C.N.C. (Comando numérico computadorizado).





Motor CC Paralelo

É o mais usado na indústria pois permite controle fino da velocidade.

Aplicações:

- Aplicação rara como, por exemplo, alguns modelos de máquina de lavar roupa.





Motor CC Série

Funcionamento em CA: O motor série CC também funciona em CA, porque as correntes do campo e na armadura invertem simultaneamente e o torque permanece no mesmo sentido. É conhecido como motor universal.





Motor CC Série

Aplicações:

- Motor de arranque de motores a combustão;

- Eletrodomésticos (liquidificador, batedeira, etc.);

- Máquinas e ferramentas portáteis (furadeira, serra circulares, etc.)





Motor CC Composto

Aplicações: Acionamento de carga com volante de inércia como prensa, guilhotinas, etc. Nestes casos é desejável que a velocidade do motor caia quando recebe o pico de torque resistente.



Máquinas Síncronas

As máquinas síncronas são assim chamadas pela rigorosa relação

entre a velocidade angular do eixo e a velocidade angular elétrica (ou frequência elétrica) da corrente.




A forma mais utilizada é como o gerador síncrono trifásicos

atuando como fonte de energia nas usinas, indústrias e nos veículos automotores. Os motores síncronos, que têm a velocidade rigidamente ligada à frequência da rede, possuem menor uso.




Indutor: É a parte da máquina que cria o campo magnético que

excita o alternador. É composto pelos polos da máquina. Em algumas aplicações específicas de pequena potência o indutor pode ser composto por ímãs permanentes. No caso geral o indutor é um conjunto de bobinas de campo alimentadas em corrente contínua, consumindo de 1 a 7% da potência nominal do gerador. Este circuito é tipicamente alimentado em baixa tensão, ou seja, dezenas a poucas centenas de Volts.




Induzido ou armadura: É o conjunto de enrolamentos onde serão

geradas as f.e.m.s por indução eletromagnética. As armaduras são fontes de corrente alternada monofásica ou trifásica, possuindo dimensões compatíveis com a tensão e corrente nominais da máquina.




Anéis coletores e escovas: É o conjunto de contatos deslizantes que

tem por função retirar a energia gerada pela máquina ou levar uma tensão CC para o seu circuito rotórico.




Formas construtivas:

- Armadura girante e indutor estacionário;

- Armadura estacionária e indutor girante.




Armadura girante e indutor estacionário:

Quando o induzido for girante e indutor for fixo, as bobinas de campo são iguais às da máquina CC, isto é, ficam alojadas em peças polares fixas à carcaça. A armadura rotativa assemelha-se ao rotor de um gerador CC, porém, em vez de comutador, possui de três a quatro anéis coletores ligados ao enrolamento do induzido. Desta maneira toda a energia gerada na parte girante é extraída através destes contatos deslizantes.




Armadura girante e indutor estacionário:

Neste alternador o enrolamento de armadura (monofásico ou trifásico) fica distribuído em ranhuras que fazem parte de um pacote de chapas de aço-silício situadas no estator.

O circuito de campo (rotativo) é ligado a anéis coletores através dos quais é ligada a fonte CC de excitação.




Nesta máquina existe uma relação fixa entre a frequência da f.e.m. e

a rotação da máquina primária. Devido ao fato da velocidade angular elétrica e a velocidade angular mecânica terem uma relação constante, ou seja, estarem sincronizadas, esta máquina é denominada de gerador síncrono.




A máquina síncrona também pode funcionar como motor; neste

caso, é a rotação do eixo que dependerá da frequência da tensão de alimentação.




Alternador trifásico bipolar:

O alternador trifásico bipolar mais simples é constituído pela associação de três enrolamentos monofásicos idênticos (mesmo número de espiras) e deslocados entre si de 120°E




Alternador trifásico X monofásico:

Apesar do sistema monofásico ser mais simples, a construção de um sistema trifásico é bem mais vantajosa, pois os espaços da armadura são mais bem ocupados, obtendo-se um melhor aproveitamento do circuito magnético o que dá uma potência gerada, por unidade de peso, maior.

Comparando-se duas máquinas de mesmo peso e volume, a trifásica, teoricamente, fornece 48% a mais de potência do que a monofásica.




Alternador trifásico bipolar:

Como se pode observar, para cada rotação de 120° geométricos, há uma variação proporcional a 120° elétricos na tensão, pois na máquina bipolar, como já visto, o ângulo elétrico é igual ao geométrico.




Ligação das bobinas do sistema trifásico:

As bobinas do gerador são utilizadas das seguintes formas:

- Ligação triângulo;

- Ligação estrela.





Ligação triângulo:





Ligação estrela:




Máquinas primárias e sua influência nos alternadores

Máquina primária, ou máquina acionadora, é a fonte de energia mecânica para o gerador.




Máquinas primárias e sua influência nos alternadores

Para obtermos a frequência comercial de 60 Hz, as formas construtivas dos alternadores variarão de acordo com as características da máquina primária, ou seja, velocidade e posição do seu eixo.




Tipos de rotores

Conforme já foi visto, a maior parte dos alternadores é construída com a armadura estacionária e os polos girantes podendo ter, basicamente, dois tipos de rotores:

- Rotor de polos salientes;

- Rotor cilíndrico ou de polos lisos.




Rotor de polos salientes

Este tipo de rotor é bastante utilizado para máquinas de baixa e média rotação e, consequentemente, com grande número de polos. Esta forma construtiva é típica de geradores acionados por turbinas hidráulicas e motores diesel.




Rotor cilíndrico ou de polos lisos

Este tipo de rotor, devido a sua robustez, é usado para máquinas de alta rotação com 2 polos (no máximo 4 polos) como nos geradores acionados por turbinas a vapor e a gás (turbogeradores).




Formas de excitação

Define-se como excitação a criação do campo magnético principal da máquina elétrica. O circuito de excitação ou de campo é alimentado com corrente contínua a fim de manter constante a polaridade de cada polo do indutor.

O controle da tensão do gerador síncrono é feito através da sua corrente de excitação. Podemos ter:

- Geradores com escovas e anéis de excitação;

- Geradores sem escovas (brushless).




Geradores com escovas e anéis de excitação

No exemplo abaixo temos um gerador trifásico com anéis auto-excitado, em que parte da tensão gerada no seu induzido, depois de retificada, é usada como excitação principal





Um exemplo de gerador com escovas e anéis de excitação é o alternador automotivo.





Abaixo pode-se observar o esquemático de um alternador automotivo, sendo possível visualizar bobinas do induzido e de campo assim como diodos retificadores e regulador de tensão.





O alternador principal tem indutor rotativo e armadura estacionária. A sua excitação é realizada por meio de um pequeno gerador síncrono de campo fixo e armadura giratória dotada de diodos retificadores girantes.




Operação como motor síncrono

O motor síncrono não possui torque de partida próprio. Os dispositivos utilizados para dar partida ao motor mais comuns são:

- Arranque através de gaiola de esquilo (rotor alterado para partida);

- Arranque através de conversor de frequência;

- Arranque através de motor auxiliar.




Associação de geradores síncronos em paralelo

Normalmente, os sistemas de geração de energia elétrica consistem de várias centrais geradoras operando em paralelo. Em cada usina pode haver vários geradores, também operando em paralelo. Para conexão em paralelo devem ser observadas algumas condições: mesma tensão eficaz, mesma frequência, mesma sequencia de fases e sincronismo de fase.



Máquinas Assíncronas (Indução)

O motor de indução (ou motor assíncrono) trifásico tem um campo

de aplicação ilimitado, é o mais utilizado na indústria, sendo encontrado em diversos tamanhos, desde frações de cv até milhares de cv.




Estima-se que aproximadamente 90% dos motores fabricados

sejam de indução. Os outros tipos de motores encontram uma aplicação maior em potências elevadas ou quando há necessidade de alguma característica especial no motor como, por exemplo, possibilidade de fino controle de velocidade.




Por outro lado, existem muitas pesquisas a respeito dos

Conversores Eletrônicos de Frequência que permitem um controle de velocidade eficiente para os motores de indução trifásicos.




As principais razões que justificam a grande aplicação:

- A distribuição de energia elétrica é feita em corrente alternada trifásica, sendo, portanto, de fácil acesso;

- O seu custo é menor que dos motores síncronos e motores de corrente contínua;

- A sua manutenção é simples porque não possui comutador, e os decorrentes problemas de comutação, e geralmente não utiliza anéis e escovas;

- Os dispositivos de manobra são simples, não necessitando fonte de corrente contínua auxiliar, permitindo facilmente reversão do sentido de rotação.




Características construtivas:




Características construtivas: Estator

O estator é a parte estacionária, de construção idêntica a da máquina síncrona, composta de três partes: carcaça, núcleo e enrolamento.




Características construtivas: Estator

A carcaça serve de suporte mecânico para os demais componentes da máquina e normalmente é construída de ferro fundido. O núcleo é constituído por um pacote de chapas de ferro de alta permeabilidade e baixas perdas.

O enrolamento do estator é constituído por bobinas de fio de cobre esmaltado que ficam alojadas nas ranhuras existentes na periferia interna do núcleo do estator.




Características construtivas: Rotor

O rotor é a parte girante da máquina, composta de núcleo, enrolamento e eixo.




Características construtivas: Rotor

Quanto à forma do enrolamento do rotor, os motores de indução podem ser de dois tipos: rotor de gaiola de esquilo (rotor em curto-circuito) ou rotor bobinado (rotor de anéis).




Características construtivas: Rotor – Tipo gaiola de esquilo

É o mais utilizado. Possui um enrolamento composto por barras condutoras, geralmente de cobre ou alumínio, alojadas nas ranhuras do rotor. Estas barras estão permanentemente curto-circuitadas por anéis existentes em cada extremidade.




Características construtivas: Rotor – Tipo gaiola de esquilo

O rotor de gaiola é quase indestrutível, não utiliza escovas nem anéis, o que elimina praticamente todos os problemas de manutenção.




Características construtivas: Rotor – Tipo bobinado

Um enrolamento de fio de cobre esmaltado, semelhante ao do estator, distribuído nas ranhuras do núcleo do rotor. Os terminais são conectados a três anéis condutores isolados entre si e do eixo. Estes anéis estão em contato, através de escovas, a um reostato trifásico externo.




Características construtivas: Rotor – Tipo bobinado

Através deste reostato é possível variar a resistência rotórica e, consequentemente, alterar algumas características do motor, como por exemplo torque e velocidade.




Princípio de Funcionamento

O estator de um motor de indução trifásico é composto por três enrolamentos defasados no espaço de 120oE (idêntico ao de uma máquina síncrona de induzido estacionário) e o rotor é composto por um circuito fechado cuja corrente é gerada por indução.





Este campo, ao girar, corta-se contra os condutores do rotor gerando neles f.e.m.s (tensão) e correntes. Estas correntes, imersas no campo magnético, geram forças mecânicas que produzem o torque do motor.





O conjunto destas forças produz o torque ou conjugado do motor no mesmo sentido de rotação do campo girante.

O tempo tp é denominado tempo de partida do motor, o qual depende das características da carga acionada e do torque do motor.





A velocidade de regime do motor de indução é próxima da síncrona, nunca se tornando igual, porque se fossem iguais não haveria indução de correntes no rotor e o torque seria nulo. Devido a estas diferenças de velocidades entre campo girante e o rotor, o motor de indução também recebe o nome de motor assíncrono.




Ponto de operação

É possível encontrar o ponto de operação (velocidade) que o motor irá operar cruzando a curva de torque (conjugado) produzido com a curva de torque resistente da carga.




Dados da placa de identificação

Os motores de indução apresentam alguns dados de identificação contidos em uma placa. São apresentadas características como tensão, corrente, potência, fator de potência, rendimento, classe de isolação, grau de proteção IP, corrente de partida, velocidade com carga nominal, etc.




Dados da placa de identificação




Representação das bobinas para circuitos de acionamentos




Correntes no motor de indução trifásico

O motor trifásico é um consumidor de carga elétrica equilibrada. Isto significa que todas as suas bobinas são iguais, ou seja, têm a mesma potência, são para mesma tensão e, consequentemente, consomem a mesma corrente. Logo, as correntes medidas nas três fases sempre terão o mesmo valor.




Perdas e rendimento

Os motores de indução, como a maioria das máquinas elétricas tem estas perdas:

- Perdas mecânicas: São perdas por atrito nos mancais e para acionar a ventilação. Dependem da velocidade do motor.

- Perdas no ferro: incluem as perdas por correntes parasitas e por histerese magnética no pacote de chapas . São praticamente constantes e não dependem da carga.

- Perdas no cobre: Correspondem ao efeito Joule no circuito do rotor e estator. Dependem do quadrado da corrente e da resistência dos enrolamentos. Crescem quadraticamente com aumento da carga.




Perdas e rendimento

No diagrama abaixo é possível observar a relação entre a potência de saída e a potência de entrada, assim como a relação de perdas existentes.




Perdas e rendimento

Rendimento é definido como a relação entre a potência de saída (potência mecânica no eixo) e a potência de entrada (potência ativa).




Perdas e rendimento

Exemplo: Um MIT tem a potência de 10kW, perdas fixas (Histerese, parasitas e mecânicas) igual a 1,0kW e perdas variáveis (efeito Joule) nominais de 1,0kW nominais. Calcule o rendimento para plena carga e meia carga supondo as correntes proporcionais a carga.




Fator de potência

O motor de indução tem um baixo fator de potência quando operado em vazio, pois basicamente a energia esta sendo usada para gerar campo magnético e suprir as perdas.

A plena carga o fator de potência melhora, com o aumento da potência ativa utilizada.

Exemplos:




Fator de potência

Exemplos:




Cálculos das potências a partir de parâmetros da placa

A potência aparente absorvida pelo motor é calculada por:





A potência ativa absorvida pelo motor, por sua vez é dada por:





A potência mecânica leva em conta o rendimento:




Corrente absorvida da rede

Exemplo: Deseja-se acionar uma carga que solicita uma potência de 50cv, 1800rpm. Comparar o uso de um motor de 50 cv a plena carga e um de 100 cv a meia carga. Rede 380V/60Hz





No caso do exemplo anterior, o motor de 50cv apresenta-se como a melhor opção. O mesmo tem menor preço, trabalha com maior rendimento e maior fator de potência (o que leva a uma menor corrente).




Controle dos motores de indução trifásicos

As funções principais do controle de um motor são: partida, parada, direção de rotação, regulação da velocidade, limitação da corrente de partida, proteção elétrica, etc.




Controle dos motores de indução trifásicos

No caso do motor de indução, um problema comum é a limitação da corrente de partida, já que as concessionárias de fornecimento de energia permitem a partida direta somente para motores de poucos CV (5 a 7,5 CV normalmente). Assim os métodos mais utilizados são:

- Chave estrela-triângulo;

- Chave compensadora;

- Soft-starter;

- Inversor de frequência.




Controle dos motores de indução

Partida direta: consiste em utilizar elementos para aplicar tensão nos terminais do motor (arranjados adequadamente). Utilizam dispositivos de controle e de proteção.





Partida estrela-triângulo: consiste em rearranjar a ligação do conjunto de bobinas do motor trifásico após determinada velocidade, ocorrendo a troca da ligação estrela para triângulo.





Partida compensadora: consiste em aplicar tensão reduzida nas bobinas do motor com o auxilio de um autotransformador.





Partida com soft-starter: um dispositivo eletrônico controla a tensão aplicada ao motor de modo a acelerá-lo gradualmente. É um instrumento utilizado somente para partida.





Controle de velocidade: até o advento do inversor de frequência, o controle de velocidade do motor de indução era escasso, sendo o método mais vantajoso a troca do número de polos, permitindo ao mesmo apenas dupla velocidade. Os motores os quais permitem a troca de velocidade através deste artifício são conhecidos como motores dahlander.





Controle de velocidade: Inversor de frequência

O inversor de frequência é um dispositivo que permite o controle de velocidade do motor de indução, permitindo a operação desde poucos RPM até sua velocidade nominal. Ele pode, também, ser utilizado como elemento de partida do motor.





Controle de velocidade: Inversor de frequência

Seu funcionamento baseia-se na alteração da onda de tensão alternada aplicada ao motor. O parâmetro fundamental modificado é a frequência da onda. Lembrando que a frequência da tensão da rede elétrica comercial é fixa, no valor próximo a 60Hz.





Controle industrial: CLP (Controlador Lógico Programável)

O Controlador Lógico Programável ou CLP é um computador que executa funções específicas através de um programa criado por um ser humano. Podemos dizer que é um computador com competências diferentes daquelas de um computador comum que utilizamos no dia a dia.





Controle industrial: CLP (Controlador Lógico Programável)

O CLP está presente na automatização dos processos industriais. Assim, é muito comum a presença do CLP como instrumento de controle e acionamento de motores de indução.





Centro de controle de motores:

Para controle dos motores de indução, os dispositivos utilizados para tal comumente são montando no interior de quadros (painéis elétricos) como os visualizados abaixo.




Motores monofásicos

O rotor do motor de indução monofásico é idêntico ao do motor trifásico, ambos sendo, inclusive, intercambiáveis.

Geralmente, a única diferença é o enrolamento do estator. O motor de indução monofásico puro possui apenas um enrolamento que normalmente é dividido em duas partes iguais para permitir a dupla tensão (220/110 V ou 440/220 V).





Na sua forma básica o motor de indução monofásico não possui torque de partida próprio. Porém, se receber um impulso externo, ele desenvolverá um torque que irá manter a rotação em regime permanente, no mesmo sentido do impulso inicial.





O motor monofásico de fase auxiliar é constituído por dois enrolamentos no estator com seus eixos magnéticos deslocados espacialmente de 90° elétricos. Fazendo-se circular nestes enrolamentos correntes de mesmo valor eficaz e defasadas de 90° no tempo, obtém-se um campo magnético de amplitude constante que gira na velocidade síncrona, e dá origem ao torque, de forma semelhante ao que ocorre nos motores de indução trifásicos.





Em alguns motores monofásicos este campo girante está presente apenas na partida, para dar o impulso inicial, e em outros permanece em regime permanente. O sentido de rotação do campo girante pode ser invertido através de troca da corrente mais atrasada pela mais adiantada e vice-versa nos dois enrolamentos.




Motores monofásicos – Tipos principais

- Capacitor permanente;

- Capacitor de partida;

- Duplo capacitor;

- Fase dividida;

- Polos sombreados.





Capacitor permanente:

Este motor não utiliza o interruptor automático, de forma que o capacitor e o enrolamento auxiliar ficam permanentemente ligados. É fabricado normalmente em potências de 1/8 a 3 cv. Aplicações: ventiladores, exaustores, ventiladores de condicionador de ar, portões motorizados, lavadoras e secadoras de roupa, etc.





Capacitor de partida:

O enrolamento auxiliar é desligado a uma velocidade de 75% da nominal. Normalmente é usado uma chave centrífuga para tal ação. É fabricado em potências que vão desde 1/8 cv a 15 cv. Aplicações: máquinas de lavar roupas, cortadores de grama, serras circulares, bombas centrífugas, compressores, etc.





Duplo capacitor:

Possui um alto torque de partida e em regime permanente bons valores de rendimento e fator de potência, acarretando em baixa corrente nominal. Possui um custo maior que os anteriores e é fabricado em potências maiores entre 1 cv e 12,5 cv. Aplicações: É muito utilizado em redes monofásicas da zona rural.





Fase dividida:

Neste motor o enrolamento auxiliar é constituído de bobinas com menos espiras e de fio mais fino que o enrolamento principal. O interruptor centrífugo é necessário porque o enrolamento auxiliar é projetado para funcionar somente durante a partida do motor.





Fase dividida:

Aplicações: O motor de fase dividida é fabricado somente em potências fracionárias e é utilizado para o acionamento de cargas que apresentam pequeno torque resistente na partida com poucas partidas por hora. Ex.: Geladeiras, freezers, pequenos moto-esmeris, bombas centrífugas comerciais e domésticas etc.





Polos sombreados:

O núcleo do estator do motor de polos sombreados é diferente daquele utilizado nos motores monofásicos de fase auxiliar e motores trifásicos. É constituído por lâminas de ferro que formam polos salientes no estator. Uma parte de cada polo é envolvida por uma espira de cobre em curtocircuito, denominada espira de sombra.





Polos sombreados:

As características de desempenho são pobres: baixo rendimento, baixo fator de potência, alto escorregamento nominal, baixo torque de partida, alta corrente nominal. Aplicações: Ventiladores de pequeno porte em geral, exaustores, coifas, bombas de lavadora de louça.





Exemplo de ligação – Motor de fase auxiliar:





Exemplo de placa de motor monofásico



Questões propostas

1.



Problemas propostos

1.



Referências bibliográficas:

SILVA FILHO, MATHEUS TEODORO. Fundamentos de eletricidade.

Rio de Janeiro: LTC, 2011.

GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. 2ª ed. São Paulo: Pearson Makron Books,1997.

BOYLESTAD, R. L. Introdução à Análise de Circuitos. 10ª ed. Pearson Education, 2004

FOWLER, Richard. Fundamentos de eletricidade. 7ª ed. Vol. 1 e 2. São Paulo: Makron Books, 2013.

ALVARENGA, Beatriz; MÁXIMO, Antônio. Curso de Física. Vol. 3. São Paulo: Scipione, 2006.

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