capÍtulo 7 motores de induÇÃo - professor...

CAPÍTULO 7

MOTORES DE INDUÇÃO

7.1 INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS ELÉTRICAS

As máquinas elétricas podem ser classificadas em dois grupos:

a) geradores, que transformam energia mecânica oriunda de uma fonte externa

(como a energia potencial de uma queda d’água ou a energia cinética dos

ventos) em energia elétrica (tensão);

b) motores, que produzem energia mecânica (rotação de um eixo) quando

alimentados por uma tensão (energia elétrica), como se vê na Figura 7.1.

Figura 7.1 – Fluxo de energia em motores elétricos.

Geradores e motores só se diferenciam quanto ao sentido de transformação da

energia, possuindo ambos a mesma estrutura básica: um elemento fixo, chamado

estator, e outro móvel, capaz de girar (o rotor). Nesses elementos são fixados

enrolamentos onde a corrente circula: um desses enrolamentos é capaz de gerar os

campos magnéticos necessários ao funcionamento da máquina e é chamado

enrolamento de campo; o outro é chamado enrolamento de armadura (ou induzido, no

caso de geradores).

Em algumas máquinas, a armadura está no estator e o enrolamento de campo no

rotor; em outras ocorre o inverso. O tipo de corrente (CC ou CA) que circula nesses

enrolamentos estabelece qual o tipo de máquina.

A Figura 7.2 mostra os diversos tipos de máquinas disponíveis; dentre todas

elas, destacam-se os motores assíncronos (ou de indução), utilizado na maior parte dos

equipamentos que requerem acionamento elétrico. Por sua importância, resultado de sua

confiabilidade, baixo custo e versatilidade, os motores de assíncronos terão maior

destaque neste curso.

De acordo com Filippo Filho (2002), aproximadamente 40% de toda a energia

elétrica consumida no Brasil é usada para o acionamento de motores elétricos, sendo

que no setor industrial cerca de 50% da energia consumida deve-se a este tipo de

máquina elétrica. Segundo o mesmo autor, há estimativas de que exista grande número

de instalações industriais no Brasil onde mais de 80% do consumo deva-se a motores

elétricos.

ELETROTÉCNICA – Vol. 1 Eurico G. de Castro Neves e Rubi Münchow

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Figura 7.2 – A “árvore” das máquinas elétricas

7.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

Na região em torno de um ímã acontecem alguns fenômenos especiais, como a

atração de fragmentos de ferro ou o desvio da agulha de uma bússola. Diz-se que nesta

região existe um campo magnético, o qual pode ser representado por linhas de indução

(figura 7.3a).

Também ao redor de um condutor percorrido por corrente elétrica existe um

campo magnético, cuja intensidade é diretamente proporcional ao módulo da corrente.

Este campo pode ser intensificado se este condutor for enrolado, formando uma bobina

ou enrolamento (Figura 7.3b). Nesses casos, a intensidade do campo magnético é

diretamente proporcional à corrente.

(a) (b)

Figura 7.3 – Campo magnético: (a) de um ímã; (b) de um enrolamento (bobina)

percorrido por corrente.


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Campos magnéticos são mensurados através de uma grandeza chamada indução

magnética (simbolizada pela letra B), cuja unidade no SI é o Tesla (T). O valor de B é

maior nas regiões onde as linhas estão mais concentradas.

Denomina-se fluxo magnético (símbolo ) ao número de linhas de indução que

atravessa a superfície delimitada por um condutor (uma espira, por exemplo). Esta

grandeza é medida em Webbers (Wb), no SI.

Em 1831, Michael Faraday descobriu que quando o fluxo magnético em um

enrolamento varia com o tempo, uma tensão u é induzida nos terminais da mesmo; o

valor desta tensão é diretamente proporcional à rapidez com que o fluxo varia. Então, a

Lei de Faraday (ou Lei da Indução Eletromagnética) pode ser expressa por

dt

dNu

(7.1)

onde N = número de espiras do enrolamento

d/dt = taxa de variação do fluxo magnético

Se os pólos de um ímã forem postos a girar ao redor de uma espira, como

representado na Figura 7.4, o fluxo nesta varia com o tempo, induzindo uma tensão

entre seus terminais; se estes formarem um percurso fechado, haverá neles a circulação

de uma corrente induzida i.

Figura 7.4 – Ação de motor

No estudo do Eletromagnetismo, aprende-se que se um condutor estiver imerso

em um campo magnético e for percorrido por corrente elétrica, surge uma força de

interação dada por

BiF (7.2)

onde F = força de interação

B = valor da indução magnética

= comprimento dos lados da espira

i = intensidade da corrente no condutor

É esta força que produz um conjugado nos lados da espira, fazendo-a girar (ação de

motor).

A Figura 7.5 mostra os campos magnéticos formados pela alimentação trifásica

em um motor, no qual os enrolamentos de campo estão localizados no estator. O campo

magnético de cada fase é representado por um vetor e a soma vetorial dos mesmos dá o

campo resultante. Observa-se que o efeito é o de um ímã girando ao redor do rotor,

produzindo a ação de motor, tal como descrita no parágrafo anterior. A velocidade com

que esse campo girante opera é chamada velocidade síncrona (ns), dada por


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P

f120n s

(rpm) (7.3)

onde f = freqüência da rede de alimentação (em Hz)

P = número de pólos do motor

Figura 7.5 – Formação de campo girante num motor trifásico

O número de pólos do motor é sempre é inteiro e par. Assim, pode-se construir

motores com qualquer número de pólos, embora no comércio estejam disponíveis

apenas motores de 2, 4, 6 ou 8 pólos.

A velocidade de um motor de indução sempre será menor que a síncrona1, caso

contrário não se conseguiria a variação de fluxo necessária para induzir corrente no

enrolamento de armadura. Denomina-se escorregamento (s) à relação

(%)100n

nns

s

s

(7.4)

onde ns = velocidade síncrona (em rpm)

n = velocidade do motor (em rpm)

7.3 ESTRUTURA E CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

A Figura 7.6 mostra a estrutura de motor de indução, que se compõe basicamente de

duas elementos: o estator, que é a parte imóvel da máquina, e o rotor, que se

movimenta de forma rotativa.

1 Por isso esses motores são também chamados assíncronos.


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Figura 7.6 – Estrutura de um motor de indução fechado

Estator

É construído com chapas de material magnético e recebe o enrolamento

de campo, cujas espiras são colocadas em ranhuras, como mostra a Figura 7.7.

O enrolamento de campo pode ser mono ou trifásico. A maneira como

esse enrolamento é construído determina o número de pólos do motor, entre

outras características operacionais. Suas pontas (terminais) são estendidas até

uma caixa de terminais, onde pode ser feita a conexão com a rede elétrica de

alimentação.

(a) (b)

Figura 7.7 – Enrolamento de campo de um motor de indução: (a) execução dos

enrolamentos; (b) núcleo com enrolamento completo.

Rotor

Aqui é montado o enrolamento de armadura; no caso mais comum, êle é

constituído de condutores retilíneos interligados nas duas extremidades por anéis

de curto-circuito (Figura 7.8a), o que lhe dá a forma de uma gaiola. Existe um

outro tipo de rotor, dito bobinado, onde os terminais das fases do enrolamento


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de armadura são ligados a anéis deslizantes, permitindo a inserção de elementos

que auxiliem na partida do motor.

Na Figura 7.8b mostra-se o rotor completo, com o eixo posicionado, na

ponta do qual há uma flange.

(a) (b)

Figura 7.8 – Enrolamento de armadura de um motor de indução: (a) rotor gaiola; (b) rotor

montado (corte).

Fazem parte do motor, ainda, as tampas dianteira e traseira, que servem de

proteção, o ventilador que auxilia no resfriamento dos enrolamentos, os rolamentos e a

caixa de ligações.

As principais dimensões dos motores são mostradas na Figura 7.9. Elas são

normatizadas por duas entidades:

a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), a qual é filiada à

International Eletrotechnical Comission (IEC)

a National Electrical Manufacturers Association (NEMA)

Figura 7.9 - Dimensões dos motores de acordo com a ABNT/IEC (letras entre

parênteses) e a NEMA.

A Tabela 7.1 mostra as dimensões conforme especificações das duas entidades2.

No caso das especificações da ABNT/IEC, as máquinas são designadas pela altura da

ponta de eixo (H), seguida de uma letra, a qual pode ser S (de short = curta), M (de

medium = média) ou L (de long = longa); essa letra designa a relação entre o

comprimento da carcaça (B) e a altura da ponta de eixo (H).

2 Embora no Brasil valham somente as normas da ABNT, é importante ter conhecimento das

especificações da NEMA, já que a exportação de motores para os EUA é expressiva; além disso, alguns

equipamentos importados são acionados por máquinas especificadas de acordo com as normas da NEMA.


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Tabela 7.1 – Dimensões padronizadas das máquinas elétricas conforme a ABNT/IEC e

a NEMA

ABNT/IEC H A B C K D E ABNT/IEC H A B C K D E

NEMA D 2E 2F BA H U N-W NEMA D 2E 2F BA H U N-W

90 S 90 140 100 56 10 24j6 50 200 L 200 318 305 133 19 55m6 110

143 T 88,9 139,6 101,6 57,15 8,7 22,2 57,15 326 T 203,2 317,6 304,8 133 16,7 54 133,4

90 L 90 140 125 56 10 24j6 50 225 S 225 356 286 149 20 60m6 140

145 T 88,9 139,6 127 57,15 8,7 22,2 57,15 364 T 228,6 355,6 285,6 149 16,7 60,3 149,2

112 S 112 190 114 70 12 28j6 60 225 M 225 356 311 149 20 60m6 140

182 T 114,3 190,4 114,4 70 10,7 18,6 69,9 365 T 228,5 355,6 311,2 149 16,7 60,3 149,2

112 M 112 190 114 70 12 28j6 60 250 S 250 406 311 168 25 65m6 140

184 T 114,3 190,4 136,4 70 10,7 28,6 69,9 404 T 254 406,4 311,2 168 20,6 73 184,2

132 S 132 216 140 89 12 38k6 80 250 M 250 406 349 168 25 65m6 140

213 T 133,4 216 139,6 89 10,7 34,9 85,7 405 T 254 406,4 349,2 198 20,6 73 184,2

132 M 132 216 178 89 12 38k6 80 280 S 280 457 368 190 25 75m6 140

215 T 133,4 216 177,6 89 10,7 34,9 85,7 444 T 279,4 457,2 368,4 190 20,6 85,7 215,9

160 M 160 254 210 108 15 42k6 110 280 M 280 457 419 190 25 75m6 140

254 T 158,8 254 209,6 108 13,5 41,3 101,8 445 T 279,4 457,2 419,2 190 20,6 85,7 215,9

160 L 160 254 254 108 15 42k6 110 315 S 315 508 406 216 30 80m6 170

256 T 158,8 254 254 108 13,5 41,3 101,6 504 Z 317,5 508 406,4 215,9 31,8 92,1 269,9

180 M 180 279 241 121 16 48k6 117,5 315 M 315 508 457 216 30 80m6 170

284 T 177,8 279,6 241,2 121 13,5 47,6 117,5 505 Z 317,5 508 457,2 215,9 31,8 92,1 269,9

180 L 180 279 279 121 15 48k6 110 335 M 355 610 560 254 30 100m6 210

286 T 177,8 279,6 279,6 121 13,5 47,6 117,5 586 368,3 584,2 558,8 254 30 96,4 295,3

200 M - - - - - - - 355 L 355 610 630 254 30 100m6 210

324 T 203,2 317,6 266,8 133 16,7 54 133,4 587 368,3 584,2 635 254 30 96,4 295,3

Além das dimensões, uma importante característica dos motores é seu índice de

proteção, dado pelas letras IP seguindas de dois algarismos. O primeiro indica a

proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental; o segundo

refere-se à proteção contra a penetração de água. O significado dos algarismos é dado

na Tabela 7.2.

Tabela 7.2 – Índice de proteção dos motores

1o Algarismo 2o Algarismo

0 Sem proteção 0 Sem proteção

1 Corpos estranhos de dimensões maiores que 50 mm (toque acidental com a mão)

1 Pingos de água na vertical

2 Corpos estranhos de dimensões maiores que 12 mm (toque com os dedos)

2 Pingos de água até a inclinação de 15o com a vertical

4 Corpos estranhos de dimensões maiores que 1 mm (ferramentas)

3 Pingos de água até a inclinação de 60o com a vertical

5 Proteção contra acúmulo de poeira prejudicial ao motor (proteção completa contra toques)

4 Respingos em todas as direções

5 Jatos de água em todas as direções

6 Água em vagalhões

7 Imersão temporária

8 Imersão permanente

Obviamente, não se podem encontrar motores com quaiquer combinações desses

dois algarismos. Os índices de proteção mais comuns são: 12, 22, 23, 44, 54 e 55; os

três primeiros são considerados motores abertos e os demais são motores fechados.

Uma última característica construtiva dos motores é sua classe de isolamento,

que diz respeito à máxima temperatura de trabalho de seus enrolamentos. As classes são

A (105oC), E (120

oC), B (130

oC), F (155

oC) e H (180

oC). A ultrapassagem desses

valores produz a degradação do isolamento dos enrolamentos, reduzindo a vida útil do


70

motor e podendo provocar curtos-circuitos, caso em que a máquina precisará ser

rebobinada.

7.4 MOTORES TRIFÁSICOS. CARACTERÍSTICAS NOMINAIS

Quando comparados com os motores monofásicos de mesma potência e

velocidade, os trifásicos só apresentam vantagens:

são menos volumosos e têm menor peso (em média 4 vezes);

têm preço menor;

podem ser encontrados em uma ampla faixa de potência (tipicamente de 1/8 a

500 cv);

não necessitam de dispositivo de partida, o que diminui seu custo e a

necessidade de manutenção;

apresentam rendimento maior e fator de potência mais elevado, o que se reflete

em menor consumo (em média 20% menos)

O único ponto desfavorável é que os motores trifásicos necessitam de rede trifásica para

a alimentação, o que nem sempre está disponível nas instalações.

As principais características dos motores de indução são indicadas na placa de

identificação, semelhante à mostrada na Figura 7.10. As principais informações obtidas

nesta placa são apresentadas a seguir.

Figura 7.10 – Placa de identificação de um

motor de indução (WEG Motores S.A.)

7.4.1 Potência Nominal

Um motor elétrico recebe potência da rede elétrica (potência de entrada, Pe) e a

transforma em potência mecânica (potência na saída, Ps) para o acionamento de uma

carga acoplada ao eixo (Figura 7.11). A diferença entre as perdas na entrada e na saída

constitui-se na perda do motor, e pode ser relacionada por seu rendimento (), dado por


71

e

s

P

P (7.5)

Figura 7.11 – Fluxo da potência em um motor

A potência nominal de um motor é a máxima potência que a máquina é capaz de

disponibilizar continuamente em seu eixo quando alimentada com tensão e freqüência

nominais. É a potência na saída do motor e, sendo do tipo mecânico, é normalmente

expressa em cv ou hp. Os motores de indução abrangem uma ampla faixa de potência,

tipicamente de 1/8 até 500 cv; a Tabela 7.3 mostra a potência nominal (em cv e kW) de

uma linha de motores com 2 pólos.

Tabela 7.3 – Características de motores de indução trifásicos, 2 pólos, com alimentação de 220

V, 60 Hz (WEG Motores SA)

CONVENÇÕES

P = potência nominal Cn = conjugado nominal cos = fator de potência

n = velocidade nominal Cp = conjugado de partida FS = fator de serviço

In = corrente nominal Cmax = conjugado máximo J = momento de inércia (GD2)

Ip = corrente de partida = rendimento tp = tempo com rotor bloqueado a quente

P

Carcaça

ABNT rpm

In*

(A)

Ip/In

Cn

(kgf/m)

Cp/Cn

Cmax/Cn

cos

FS J

(kgm2)

tp

(s)

Peso

(kg) (cv) (kW) % Pn % Pn

50 75 100 50 75 100

0,16 0,12 63 3450 0,8 5,7 0,03 3,8 4,1 43 49 53 0,58 0,67 0,76 1,35 0,0003 9,0 6,0

0,25 0,18 63 3450 1,1 5,9 0,05 3,9 4,1 48 55 58 0,60 0,69 0,75 1,35 0,0003 8,0 6,5

0,33 0,25 63 3430 1,3 5,0 0,07 2,9 3,1 53 60 65 0,71 0,74 0,75 1,35 0,0004 8,0 6,5

0,5 0,37 63 3410 1,8 5,2 0,10 2,8 2,9 60 65 67 0,76 0,79 0,80 1,25 0,0004 8,5 6,5

0,75 0,55 71 3400 2,6 5,4 0,15 3,2 3,0 60 67 71 0,66 0,76 0,78 1,25 0,0005 7,5 7,5

1,0 0,75 71 3420 3,2 6,8 0,20 2,6 2,8 57 65 68 0,72 0,82 0,88 1,25 0,0006 6,0 9,9

1,5 1,1 80 3480 4,8 7,8 0,30 3,5 3,3 63 70 72 0,68 0,78 0,84 1,15 0,0016 6,0 15

2,0 1,5 80 3400 6,0 6,2 0,40 2,9 3,1 72 76 77 0,76 0,81 0,83 1,15 0,0016 6,0 16

3,0 2,2 90S 3460 9,0 7,0 0,60 3,3 3,1 72 76 78 0,75 0,80 0,82 1,15 0,0023 6,0 20

4,0 3 90L 3490 12,0 8,1 0,80 3,7 3,2 72 77 79 0,70 0,77 0,81 1,15 0,0026 6,0 23

5,0 3,7 100L 3500 14,0 9,0 1,00 2,7 3,4 65 71 75 0,76 0,85 0,91 1,15 0,0064 6,5 32

6,0 4,5 112M 3510 16,0 8,6 1,20 2,5 3,5 75 81 83 0,78 0,84 0,87 1,15 0,0088 6,0 41

7,5 5,5 112M 3490 20,0 7,8 1,50 2,6 3,4 74 80 81 0,78 0,85 0,89 1,15 0,0104 6,5 45

10 7,5 132S 3480 27,0 7,2 2,00 2,0 3,2 73 76 77 0,86 0,90 0,93 1,15 0,0179 6,0 59

12,5 9,2 132M 3510 33,0 8,4 2,50 2,4 2,7 74 78 79 0,84 0,89 0,93 1,15 0,0210 6,0 67

15 11 132M 3500 38,0 8,7 3,00 2,6 3,7 78 81 82 0,88 0,91 0,93 1,15 0,0229 6,0 73

20 15 160M 3520 52,0 8,8 4,00 2,5 3,5 74 80 81 0,85 0,89 0,92 1,15 0,0530 6,0 114

25 18,5 160M 3510 62,0 8,2 5,00 2,6 3,4 80 82 83 0,89 0,91 0,93 1,15 0,0620 6,0 123

30 22 160L 3490 74,0 7,9 6,00 2,5 3,4 76 82 83 0,87 0,91 0,94 1,15 0,0680 6,5 134

40 30 200M 3560 100 7,2 8,0 3,3 2,6 76 82 84 0,87 0,90 0,92 1,15 0,3200 11,0 232

50 37 200L 3570 125 8,0 10,0 3,4 3,0 77 83 85 0,87 0,90 0,91 1,00 0,3330 8,5 249

60 45 225S/M 3565 150 7,0 12,0 2,0 2,5 85 87 88 0,82 0,87 0,89 1,00 0,4000 12,0 347

75 55 225S/M 3560 180 8,0 15,0 2,8 3,0 80 88 90 0,87 0,89 0,89 1,00 0,4800 10,0 385

100 75 250S/M 3575 235 7,5 20,0 2,5 2,7 84 86 90 0,88 0,90 0,91 1,00 0,6100 7,0 475

125 90 280S/M 3575 300 7,6 25,0 1,3 2,8 82 86 88 0,89 0,90 0,91 1,00 1,2200 8,0 645

150 110 280S/M 3575 360 7,3 30,0 1,5 2,7 83 87 88 0,90 0,91 0,91 1,00 1,2700 25,0 676

175 132 315S/M 3565 420 7,5 35,0 1,9 2,6 81 86 88 0,90 0,91 0,91 1,00 1,4900 16,0 780

200 150 315S/M 3570 480 6,6 40,0 1,5 2,1 82 87 89 0,90 0,91 0,91 1,00 1,4900 27,0 807

250 185 315S/M 3570 580 7,0 50,0 1,5 2,4 88 90 91 0,89 0,91 0,91 1,00 2,0000 25,0 1076

300 220 355M/L 3565 730 6,0 60,0 1,1 2,0 82 86 89 0,88 0,89 0,89 1,00 3,1400 35,0 1126

350 260 355M/L 3570 800 6,6 70,0 1,2 2,1 90 91 92 0,89 0,90 0,91 1,00 3,6200 34,0 1300

400 300 355M/L 3570 930 6,6 80,0 1,3 2,4 90 91 92 0,89 0,90 0,91 1,00 3,9800 35,0 1380

450 330 355M/L 3570 1040 6,8 90,0 1,4 2,5 91 92 92 0,90 0,91 0,91 1,00 4,5900 30,0 1510

* Para obter a corrente em 380V multiplicar por 0,577. Em 440 multiplicar por 0,5.


72

É importante lembrar que nem sempre um motor estará operando com potência

nominal. O percentual de plena carga () expressa o quanto dessa potência nominal está

sendo utilizada pelo motor, isto é

n

u

P

P (7.6)

onde Pu = potência que está sendo usada (cv, hp ou W)

Pn = potência nominal do motor (cv, hp ou W).

O conhecimento de é importante porque tanto o rendimento () como o fator

de potência (cos) variam com esta grandeza: os fabricantes de motores costumam

forner estes valores para 3 situações de percentual de plena carga (50%, 75% e 100%),

como se pode ver na Tabela 7.3. Observa-se ali que os maiores valores de e de cos

ocorrem quando a máquina está operando a plena carga.

Chama-se fator de serviço (FS) ao valor que, multiplicado pela potência

nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob

condições especificadas3. Este valor está na faixa de 1,0 a 1,35 e, de maneira geral,

pode-se dizer que motores menores têm maior FS (V. Tabela 7.3)

7.4.2 Freqüência Nominal

Os motores são projetados para trabalhar com uma determinada freqüência,

referente à rede de alimentação, admitida uma variação máxima de 5% (NBR

7094/96).

No Brasil, a freqüência padronizada é 60Hz; entretanto, existem muitos

equipamentos importados de países onde a freqüência é 50Hz. A Tabela 7.4 mostra as

alterações que acontecem a motores de indução bobinados para 50Hz quando ligados

em rede de 60Hz.

Tabela 7.4 – Alterações das características de motores de indução enrolados para 50Hz

quando ligados em rede de 60Hz.

Motor enrolado

para 50Hz

Ligação em 60Hz

Rotação nominal

Potência nominal

Conjugado nominal

Corrente nominal

Conjugado de partida

Conjugado máximo

Corrente de

partida

U (V) U (V)

220 220 1,20 1,00 0,83 1,00 0,83 0,83 0,83

380 380 1,20 1,00 0,83 1,00 0,83 0,83 0,83

380 440 1,20 1,15 0,96 1,00 0,96 0,96 0,96

440 440 1,20 1,00 0,83 1,00 0,83 0,83 0,83

500 500 1,20 1,00 0,83 1,00 0,83 0,83 0,83

500 550 1,20 1,10 0,91 1,00 0,91 0,91 0,91

660 660 1,20 1,00 0,83 1,00 0,83 0,83 0,83

7.4.3 Velocidade Nominal

É aquela desenvolvida pelo motor quando utilizando sua potência nominal,

alimentado por tensão e freqüência nominais. Não deve ser confundida com a

velocidade síncrona (ns) , dada pela Equação 7.3

Já se viu que a velocidade de um motor sempre será menor que a síncrona; a

diferença entre a velocidade nominal e a síncrona é dada pelo escorregamento nominal,

3 Todo o motor é capaz de fornecer potência superior à nominal a fim de atender a picos de exigências das

cargas, porém só é capaz de fazê-lo por breves instantes sem correr o risco de danos.


73

conforme Equação 7.4. Para a maioria dos tipos de motores de indução, este

escorregamento está na faixa de 3-5%.

7.4.4 Tensão Nominal. Ligação de Motores Trifásicos

É a tensão ou grupo de tensões4 de alimentação do motor, admitindo-se uma

variação máxima de 10%.

Os motores trifásicos sempre são ligados à tensão de linha da rede elétrica. Os

valores de alimentação mais comuns são 220, 380, 440 e 660.

Esses motores podem ser constituídos por 1 ou 2 grupos de enrolamentos

trifásicos. No primeiro caso, como são 3 enrolamentos, cada qual com um início e um

fim, haverá 6 terminais disponíveis (motor de 6 pontas); no outro caso, um dos grupos

pode ou não estar conectado internamente, configurando motores de 9 ou 12 pontas. A

identificação dos terminais não é padronizada: alguns fabricantes usam números,

enquanto outros usam letras. Neste trabalho, a menos que expresso em contrário, usar-

se-á a identificação de terminais mostrada na Figura 7.12.

Figura 7.12 – Identificação de terminais de motores trifásicos: (a) de 6 pontas; (b) de 9

pontas, ligação em Y; (c) de 12 pontas.

a) Motor de 6 pontas

São fabricados para operar com 2 tensões relacionadas por 3 ,

usualmente 220-380 V ou 380-660 V. Na tensão mais baixa serão ligados em

triângulo e na mais alta em estrela (Figura 7.13).

Figura 7.13 – Motor de 6 pontas, tensão nominal 220/380V: (a) conexão a rede

220/127 V (b) conexão a rede de 380/220 V.

4 Quase todos os motores, sejam mono ou trifásicos, são fabricados para operação em mais de uma

tensão.


74

b) Motor de 9 pontas

Podem ser ligados em tensões relacionadas por 2, como 220-440 V ou

230-460 V. Na tensão mais baixa os enrolamentos são ligados em paralelo (em

Y ou , dependendo do tipo do motor) e na tensão mais alta são conectados em

série, como se mostra na Figura 7.14

Figura 7.14 – Motor de 9 pontas, tensão nominal 220-440V: (a) conexão à tensão mais

baixa, ligação Y paralelo; (b) conexão à tensão mais alta, ligação Y série.

c) Motor de 12 pontas

Havendo 12 terminais disponíveis, é possível a ligação em 4 tensões

diferentes, usualmente 220-380-440-760 V. A configuração dos enrolamentos é,

respectivamente, Δ paralelo, Y paralelo, Δ série e Y série, como mostra a Figura

7.15.

Figura 7.15 - Motor de 12 pontas, tensão nominal 220-380-440-760V: (a) conexão a

rede de 220/127V, ligação Δ paralelo; (b) conexão a rede de 380/220V, ligação Y

paralelo; (c) conexão a rede de 440/254V, ligação Δ série; (d) conexão à tensão mais

alta, ligação Δ série .


75

Para inverter o sentido de rotação de um motor trifásico, basta que se troquem

duas fases da alimentação.

7.4.5 Corrente Nominal

É a corrente solicitada pelo motor quando operando a plena carga, alimentado

com tensão e freqüência nominais. Considerando as Equações 7.5 (fazendo Ps = Pn) e

5.24, a corrente nominal de motores trifásicos é dada por:

cosU3

736PI

n

nn (7.8)

onde Pn = potência nominal (cv)

= rendimento do motor a plena carga ( = 100%)

Un = tensão nominal (V)

cos = fator de potência do motor a plena carga ( = 100%).

Na Tabela 7.5 é dada a corrente nominal de motores trifásicos alimentados com

a tensão de 220V; para alimentação com 380, divide-se o valor encontrado por 3 e em

440V divide-se este valor por 2.

7.4.6 Corrente de Partida

Na partida dos motores de indução é solicitada uma corrente muitas vezes maior

que a nominal. À medida que o motor acelerada, a corrente vai diminuindo até atingir

valor próximo ao de regime.

A corrente de partida é relacionada à corrente nominal (In) através dos valores de

Ip/In dados na Tabela 7.3. Em certos motores, a corrente de partida é dada por uma letra

código (COD), estabelecida pela relação

P1000

IU3

)cv (alminno Potência

)kVA (partida na aparente PotênciaCOD

n

pL

(7.9)

dada em kVA/cv. Os valores das letras código são dados na Tabela 7.5.

Tabela 7.5 – Código de partida de motores de indução

COD kVA/cv COD kVA/cv COD kVA/cv

A 0,00-3,14 H 6,30-7,09 R 14,00-15,99

B 3,15-3,54 J 7,10-7,99 S 16,00-17,99

C 3,55-3,99 K 8,00-8,99 T 18,00-19,99

D 4,00-4,49 L 9,00-9,99 U 20,00-22,39

E 4,50-4,99 M 10,00-11,09 V 22,40 ou mais

F 5,00-5,59 N 11,10-12,49

G 5,60-6,29 P 12,50-13,99

Alguns problemas decorrentes desta elevada corrente de partida são:

• queda de tensão na rede de alimentação;

• aumento da bitola dos condutores de alimentação e

• necessidade de transformadores de maior potência.

As concessionárias de energia elétrica limitam a potência nominal de motores

para os quais pode ser dada a partida direta: no caso da CEEE (RS), é exigido algum

dispositivo que reduza a corrente de partida de motores com potência superior a 5cv

(alimentação em 220V) e 7,5cv (alimentação em 380V).


76

Os principais dispositivos de redução da corrente de partida são:

• chave estrela-triângulo, para motores de 6 ou 12 pontas;

• chave série-paralelo, para motores de 9 ou 12 pontas;

• chave compensadora, para qualquer tipo de motor;

• soft-starter, que igualmente pode ser utilizada em qualquer motor;

• inserção de resistências ou reatâncias de partida.

7.5 MOTORES MONOFÁSICOS. CARACTERÍSTICAS NOMINAIS

Precisam de um dispositivo que os auxilie na partida, já que uma só fase não

possibilita a formação do campo girante discutido na Seção 4.2; geralmente este

dispositivo é desconectado do motor após sua aceleração, através de uma chave

centrífuga.

É o dispositivo auxiliar que determina o tipo de motor, bem como muitas de suas

características. Os principais tipos são:

a) motor com capacitor de partida;

b) motor com capacitor permanente;

c) motor com 2 capacitores;

d) motor de fase dividida (split phase);

e) motor de pólos sombreados.

Com a finalidade de permitir a ligação do motor em 2 tensões, o enrolamento

principal é dividido em duas partes. A Figura 7.16 mostra os enrolamentos (principal e

auxiliar) do motor de indução monofásico com capacitor de partida e a numeração dos

terminais que será usada neste curso.

(a) (b)

Figura 7.16 – Motor de indução monofásico com capacitor de partida: (a) vista geral;

(b) a numeração dos terminais (WEG Motores SA).

7.5.1 Potência Nominal

Os motores de indução monofásicos são encontrados numa faixa típica de 1/8 –

10 cv, embora as indústrias de máqunas elétricas listem em catálogos potências bem

superiores. A Tabela mostra parte do catálogo de motores monofásicos com capacitor

de partida, os mais comuns entre os motores de indução monofásicos, de um fabricante

nacional.

Os aspectos relativos à potência dos motores monofásicos são os mesmos

abordados nos motores trifásicos (Seção 7.4.1).


77

Tabela 7.6 – Características típicas de motores de indução monofásicos, 2 pólos, 60Hz,

alimentado em 220V (WEG Motores S. A., catálogo parcial)

CONVENÇÕES

P = potência nominal Cn = conjugado nominal cos = fator de potência

n = velocidade nominal Cp = conjugado de partida FS = fator de serviço

In = corrente nominal Cmax = conjugado máximo J = momento de inércia (GD2)

Ip = corrente de partida = rendimento tp = tempo com rotor bloqueado a quente

P Carcaça

ABNT rpm

In*

(A)

Ip/In

Cn

(kgf/m)

Cp/Cn

Cmax/Cn

cos

FS J

(kgm2) tp (s)

Peso

(kg) % Pn % Pn

(cv) (kW) 50 75 100 50 75 100

2 pólos - 220 V/60Hz

0,16 0,12 63 3450 0,8 5,7 0,03 3,8 4,1 43 49 53 0,58 0,67 0,76 1,35 0,0003 9,0 6,0

0,25 0,18 63 3450 1,1 5,9 0,05 3,9 4,1 48 55 58 0,60 0,69 0,75 1,35 0,0003 8,0 6,5

0,33 0,25 63 3430 1,3 5,0 0,07 2,9 3,1 53 60 65 0,71 0,74 0,75 1,35 0,0004 8,0 6,5

0,5 0,37 63 3410 1,8 5,2 0,10 2,8 2,9 60 65 67 0,76 0,79 0,80 1,25 0,0004 8,5 6,5

0,75 0,55 71 3400 2,6 5,4 0,15 3,2 3,0 60 67 71 0,66 0,76 0,78 1,25 0,0005 7,5 7,5

1,0 0,75 71 3420 3,2 6,8 0,20 2,6 2,8 57 65 68 0,72 0,82 0,88 1,25 0,0006 6,0 9,9

1,5 1,1 80 3480 4,8 7,8 0,30 3,5 3,3 63 70 72 0,68 0,78 0,84 1,15 0,0016 6,0 15

2,0 1,5 80 3400 6,0 6,2 0,40 2,9 3,1 72 76 77 0,76 0,81 0,83 1,15 0,0016 6,0 16

3,0 2,2 90S 3460 9,0 7,0 0,60 3,3 3,1 72 76 78 0,75 0,80 0,82 1,15 0,0023 6,0 20

4,0 3 90L 3490 12,0 8,1 0,80 3,7 3,2 72 77 79 0,70 0,77 0,81 1,15 0,0026 6,0 23

5,0 3,7 100L 3500 14,0 9,0 1,00 2,7 3,4 65 71 75 0,76 0,85 0,91 1,15 0,0064 6,5 32

6,0 4,5 112M 3510 16,0 8,6 1,20 2,5 3,5 75 81 83 0,78 0,84 0,87 1,15 0,0088 6,0 41

7,5 5,5 112M 3490 20,0 7,8 1,50 2,6 3,4 74 80 81 0,78 0,85 0,89 1,15 0,0104 6,5 45

10 7,5 132S 3480 27,0 7,2 2,00 2,0 3,2 73 76 77 0,86 0,90 0,93 1,15 0,0179 6,0 59

12,5 9,2 132M 3510 33,0 8,4 2,50 2,4 2,7 74 78 79 0,84 0,89 0,93 1,15 0,0210 6,0 67

15 11 132M 3500 38,0 8,7 3,00 2,6 3,7 78 81 82 0,88 0,91 0,93 1,15 0,0229 6,0 73

20 15 160M 3520 52,0 8,8 4,00 2,5 3,5 74 80 81 0,85 0,89 0,92 1,15 0,0530 6,0 114

* Para obter a corrente em 380V multiplicar por 0,577. Em 440 multiplicar por 0,5.

7.5.2 Freqüência e Velocidade Nominais

Conceitos idênticos aos de motores trifásicos (Seções 7.4.2 e 7.4.3).

7.5.3 Tensão Nominal. Ligação de Motores Monofásicos

Os motores monofásicos devem ser ligados à tensão de fase da rede elétrica (ou,

excepcionalmente, entre duas fases), sendo mais comuns os valores de 110 (127) e 220

V.

Para tanto, o enrolamento principal é dividido em duas partes de forma que,

contando com o enrolamento auxiliar de partida, existem 6 terminais disponíveis.

Conforme mostra a Figura 7.17, para a tensão mais baixa, os enrolamentos são ligados

em paralelo e para a mais alta o enrolamento auxiliar é ligado em paralelo com uma das

partes do enrolamento principal e o conjunto é ligado em série com a parte restante.

(a) (b)

Figura 7.17 – Ligação de um motor de indução monofásico com capacitor de partida

em duas tensões diferentes: (a) 127V; (b) 220V.


78

7.5.4 Corrente Nominal e Corrente de Partida

Para o cálculo da corrente nominal de motores monofásicos, leva-se em

consideração as Equações 5.12 e 7.5 (fazendo Ps = Pnom), de onde se obtém

cosU

736PI

n

nn (7.10)

Com relação à corrente de partida Ip, esta pode ser calculada a partir da relação

Ip/In (V. Tabela 7.6). Considerando que a maioria dos motores monofásicos é de baixa

potência, a corrente de partida usualmente não traz maiores problemas; se necessário,

podem-se usar dispositivos de redução semelhantes aos examinados para motores

trifásicos.

capÍtulo 7 motores de induÇÃo - professor...

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