weg guia de especificacao de motores eletricos 50032749 manual portugues br

Motores | Automao | Energia | Transmisso & Distribuio | Tintas

Motores Especificao de Motores Eltricos

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Especificao de Motores Eltricos

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Especificao do Motor Eltrico

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Onde quer que haja progresso, a presena do motor eltrico imprescindvel. Desempenhando um importante papel na sociedade, os motores so o corao das mquinas modernas, por essa razo necessrio conhecer seus princpios fundamentais de funcionamento, desde a construo at as aplicaes. O guia de Especifio de Motores Eltricos WEG auxilia de maneira simples e objetiva aqueles que compram, vendem e trabalham com esses equipamentos, trazendo instrues de manipulao, uso e funcionamento dos mais diversos tipos de motores. Na era das mquinas modernas os motores eltricos so o combustvel da inovao. Esse material tem como objetivo apresentar a todos os apaixonados pela eletricidade, o crescimento contnuo das novas tecnologias, sem perder a simplicidade do fundamental no universo da energia.


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ndice1. Noes fundamentais ......................................061.1. Motores eltricos ...................................................06 1.2. Conceitos bsicos.................................................. 07 1.2.1. Conjugado ............................................................. 07 1.2.2. Energia e potncia mecnica ................................. 07 1.2.3. Energia e potncia eltrica ..................................... 07 1.2.4. Potncias aparente, ativa e reativa ........................ 08 1.2.5. Fator de potncia .................................................. 09 1.2.6. Rendimento ........................................................... 11 1.2.7. Relao entre conjugado e potncia ..................... 11 1.3. Sistemas de corrente alternada monofsica .......... 11 1.3.1. Generalidades ....................................................... 11 1.3.2. Ligaes em srie e paralelo ................................ 11 1.4. Sistemas de corrente alternada trifsica ............... 12 1.4.1. Ligao tringulo .................................................. 12 1.4.2. Ligao estrela ..................................................... 12 1.5. Motor de induo trifsico .................................... 13 1.5.1. Princpio de funcionamento campo girante ........ 13 1.5.2. Velocidade sncrona ( ns ) ...................................... 14 1.5.3. Escorregamento ( s ) ............................................. 15 1.5.4. Velocidade nominal ............................................... 15 1.6. Materiais e sistemas de isolao .......................... 15 1.6.1. Material isolante .................................................... 15 1.6.2. Sistema isolante .................................................... 15 1.6.3. Classes trmicas ................................................... 15 1.6.4. Materiais isolantes em sistemas de isolao ......... 16 1.6.5. Sistemas de isolao WEG .................................... 16

4. Regulagem da velocidade de motores assncronos de induo ..................................304.1. Variao do nmero de polos ............................... 30 4.1.1. Motores de duas velocidades com enrolamentos independentes ..................................................... 30 4.1.2. Dahlander ............................................................. 30 4.1.3. Motores com mais de duas velocidades ............... 31 4.2. Variao do escorregamento ................................ 31 4.2.1. Variao da resistncia rotrica ............................ 31 4.2.2. Variao da tenso do estator .............................. 31 4.3. Inversores de frequncia ....................................... 31 4.4. Motofreio trifsico ................................................. 31 4.4.1 Funcionamento do freio ......................................... 32 4.4.2. Esquemas de ligao............................................. 32 4.4.3. Alimentao da bobina do freio ............................. 33 4.4.4 Conjugado de frenagem ........................................ 33 4.4.5 Ajuste do entreferro ............................................... 33

5. Caractersticas em regime ............................345.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.1.5. 5.2. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.4. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. 5.4. Aquecimento do enrolamento ............................... 34 Vida til do motor .................................................. 35 Classes de isolamento .......................................... 35 Medida de elevao de temperatura do enrolamento .......................................................... 35 Aplicao a motores eltricos ............................... 36 Proteo trmica de motores eltricos ................. 36 Termorresistores ( Pt-100 ) .................................... 36 Termistores ( PTC e NTC ) ..................................... 37 Protetores trmicos bimetlicos - Termostatos ..... 37 Protetores trmicos fenlicos ................................ 38 Regime de servio ................................................ 39 Regimes padronizados ......................................... 39 Designao do regime tipo ................................... 42 Potncia nominal ................................................... 43 Potncias equivalentes para cargas de pequena inrcia ................................................................... 43 Fator de servio ( FS ) .......................................... 44

2. Caractersticas da rede de alimentao ........ 182.1. 2.1.1. 2.1.2. 2.2. 2.2.1. 2.3. 2.3.1. 2.4. 2.5. 2.5.1. 2.5.2. 2.5.3. 2.5.4. 2.5.5. 2.5.6. 2.6. O sistema .............................................................. 18 Trifsico ................................................................ 18 Monofsico ........................................................... 18 Tenso nominal ..................................................... 18 Tenso nominal mltipla......................................... 18 Frequncia nominal ( Hz )....................................... 19 Ligao em frequncias diferentes ........................ 19 Tolerncia de variao de tenso e frequncia ...... 20 Limitao da corrente de partida em motores trifsicos............................................. 20 Partida direta ........................................................ 20 Partida com chave estrela-tringulo ( Y- ) ............ 21 Partida com chave compensadora ( autotransformador ) ............................................. 23 Comparao entre chaves estrela-tringulo e compensadoras automticas ............................. 24 Partida com chave srie-paralelo .......................... 24 Partida eletrnica ( soft-starter ) ............................ 25 Sentido de rotao de motores de induo trifsicos ............................................................. 25

6. Caractersticas de ambiente...........................446.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.4.1. 6.4.2. 6.4.3. 6.4.4. 6.5. 6.5.1. 6.5.2. 6.5.3. 6.6. 6.7. Altitude .................................................................. 44 Temperatura ambiente .......................................... 44 Determinao da potncia til do motor nas diversas condies de temperatura e altitude ...... 44 Atmosfera ambiente ............................................. 45 Ambientes agressivos ........................................... 45 Ambientes contendo poeiras ou fibras ................. 45 Evitar que a ventilao do motor seja prejudicada ............................................................ 45 Ambientes explosivos ........................................... 45 Grau de proteo .................................................. 45 Cdigo de identificao ....................................... 45 Tipos usuais de graus de proteo ....................... 46 Motores a prova de intempries ............................ 46 Resistncia de aquecimento ................................. 46 Limites de rudos .................................................. 47

3. Caractersticas de acelerao .......................253.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.5.1. Conjugados ......................................................... 25 Curva conjugado x velocidade .............................. 25 Categorias valores mnimos normalizados ........ 26 Caractersticas dos motores WEG ....................... 28 Inrcia da carga .................................................... 28 Tempo de acelerao ........................................... 28 Regime de partida ................................................ 29 Corrente de rotor bloqueado ................................ 29 Valores mximos normalizados ............................ 29

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7. Atmosferas explosivas .....................................487.1. reas de risco ....................................................... 48 7.2. Atmosfera explosiva ............................................... 48 7.3. Classificao das reas de risco ............................ 48 7.3.1. Classes e grupos das reas de risco ...................... 48 7.3.2 Tipos de proteo do invlucro ............................... 49 7.4. Classes de temperatura ......................................... 50 7.5. Equipamentos para reas de risco ......................... 50 7.6. Equipamentos de segurana aumentada................ 50 7.7. Equipamentos prova de exploso ...................... 51

8. Caractersticas construtivas .........................518.1. 8.2. 8.3. 8.3.1 Dimenses ............................................................ 51 Formas construtivas normalizadas ......................... 53 Pintura .................................................................... 55 Pintura Tropicalizada ou Tropicalizao................... 55

9. Seleo e aplicao dos motores eltricos trifsicos ...........................................................55Seleo do tipo de motor para diferentes cargas ................................................................ 57 9.2. Nveis de rendimento exigidos no Brasil ............. 58 9.2.1. O programa de Eficincia Energtica no pas ...... 58 9.2.2. Nveis mnimos de rendimento ............................ 58 9.2.3 Motores Premium WEG ....................................... 58 9.2.4 Wmagnet Drive System ..................................... 59 9.3. Aplicao de motores de induo alimentados por inversores de frequncia ........... 59 9.3.1. Aspectos Normativos ......................................... 59 9.3.2. Variao da velocidade do motor por meio de inversores de frequncia .................................... 59 9.3.3. Caractersticas dos inversores de frequncia ...... 60 9.3.3.1. Modos de controle ............................................. 60 9.3.3.2. Harmnicas ....................................................... 61 9.3.4. Influncia do inversor no desempenho do motor .................................................................. 61 9.3.4.1. Consideraes em relao ao rendimento ......... 62 9.3.4.2. Influncia do inversor na elevao de temperatura do motor ........................................ 62 9.3.4.3. Fluxo timo ........................................................ 62 9.3.4.4. Influncia do inversor na isolao do motor ....... 62 9.3.4.5. Influncia do inversor na circulao de corrente pelos mancais .................................................... 63 9.3.4.6. Influncia do inversor no rudo produzido pelo motor .......................................................... 64 9.1.

10.10.1. 10.2.

Informaes ambientais ..........................64Embalagem ......................................................... 64 Produto ............................................................... 64

11.11.1

Ensaios .......................................................64Motores alimentados por inversores de frequncia ........................................................... 64

12.12.1. 12.2 12.3

Anexos ........................................................65Sistema Internacional de Unidades - SI .............. 65 Converso de unidades ...................................... 65 Normas - ABNT e IEC ......................................... 67


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1. Noes fundamentais 1.1 Motores eltricos Motor eltrico a mquina destinada a transformar energia eltrica em energia mecnica. O motor de induo o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilizao de energia eltrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construo simples e grande versatilidade de adaptao s cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos mais comuns de motores eltricos so: a) Motores de corrente contnua So motores de custo mais elevado e, alm disso, precisam de uma fonte de corrente contnua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contnua. Podem funcionar com velocidade ajustvel entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e preciso. Por isso, seu uso restrito a casos especiais em que estas exigncias compensam o custo muito mais alto da instalao e da manuteno.O UNIVERSO TECNOLGICO DE MOTORES ELTRICOS

b) Motores de corrente alternada So os mais utilizados, porque a distribuio de energia eltrica feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos so: Motor sncrono: Funciona com velocidade fixa, ou seja, sem interferncia do escorregamento; utilizado normalmente para grandes potncias ( devido ao seu alto custo em tamanhos menores ). Motor de induo: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecnica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de mquinas acionadas, encontradas na prtica. Atualmente possvel o controle da velocidade dos motores de induo com o auxlio de inversores de frequncia.

No diagrama acima so apresentados os tipos de motores mais utilizados. Motores para usos especficos e de aplicaes reduzidas no foram relacionados

Tabela 1.1

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1.2 Conceitos bsicos So apresentados a seguir os conceitos de algumas grandezas bsicas, cuja compreenso necessria para melhor acompanhar as explicaes das outras partes deste guia. 1.2.1 Conjugado O conjugado ( tambm chamado torque ou momento ) a medida do esforo necessrio para girar um eixo. Pela experincia prtica observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poos ( figura 1.1 ) a fora F que preciso aplicar manivela depende do comprimento E da manivela. Quanto maior for a manivela, menor ser a fora necessria. Se dobrarmos o tamanho E da manivela, a fora F necessria ser diminuda metade. No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o dimetro do tambor 0,20 m, a corda transmitir uma fora de 20 N na superfcie do tambor, isto , a 0,10 m do centro do eixo. Para contrabalanar esta fora, precisam de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o dobro, isto , 0,40 m, a fora F ser a metade, ou seja 5 N. Como vemos, para medir o esforo necessrio para girar o eixo no basta definir a fora empregada: preciso tambm dizer a que distncia do centro eixo a fora aplicada. O esforo medido pelo conjugado, que o produto da fora pela distncia, F x E. No exemplo citado, o conjugado vale: C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm C=F.E (N.m)

eltrico capaz de erguer o balde de gua em 2,0 segundos, a potncia necessria ser: 490 P1 = 2,0 = 245 W

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potncia necessria ser: 490 P2 = 377 W 1,3 A unidade usada no Brasil para medida de potncia mecnica o cv ( cavalo-vapor ), equivalente a 0,736 kW ( unidade de medida utilizada internacionalmente para o mesmo fim ). Ento as potncias dos dois motores acima sero: 245 P1 = = 736 F.d Pmec = (W) t ento, 3 1 cv P2 = 377 = 736 2 1 cv =

como, 1 cv = 736 W F.d Pmec = ( cv ) 736 . t

Para movimentos circulares C = F.r . d. n v = 60Figura 1.1

( N.m )

( m/s )

F.d Pmec = ( cv ) 736 . t

1.2.2 Energia e potncia mecnica A potncia mede a velocidade com que a energia aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poo tem 24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho ( W ) realizado para trazer o balde do fundo at a boca do poo sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m = 490 NmNota: a unidade de medida de energia mecnica, Nm, a mesma que usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que no devem ser confundidas.

onde: C = conjugado em Nm F = fora em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = dimetro da pea em m n = velocidade em rpm

Relao entre unidades de potncia P ( kW ) = 0,736 . P ( cv ) P ( cv ) = 1,359 P ( kW ) 1.2.3 Energia e potncia eltrica Embora a energia seja uma coisa s, ela pode se apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma resistncia a uma rede eltrica com tenso, passar uma corrente eltrica que ir aquecer a resistncia. A resistncia absorve energia eltrica e a transforma em calor, que tambm uma forma

W=F.d

(N.m)

OBS.: 1 Nm = 1 J = Potncia x tempo = Watts x segundo

A potncia exprime a rapidez com que esta energia aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiz-lo. Assim, se usarmos um motor


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de energia. Um motor eltrico absorve energia eltrica da rede e a transforma em energia mecnica disponvel na ponta do eixo. Circuitos de corrente contnua A potncia eltrica, em circuitos de corrente contnua, pode ser obtida atravs da relao da tenso ( U ), corrente ( I ) e resistncia ( R ) envolvidas no circuito, ou seja: P = ou, P = R ou, P =Onde: U I R P

A unidade de medida usual para potncia eltrica o Watt ( W ), correspondente a 1 Volt x 1 Ampre, ou seu mltiplo, o quilowatt = 1.000 Watts. Esta unidade tambm usada para medida de potncia mecnica. A unidade de medida usual para energia eltrica o quilo-watt-hora ( kWh ) correspondente energia fornecida por uma potncia de 1 kW funcionando durante uma hora - a unidade que aparece, para cobrana, nas contas de luz.

U.I U2

(W) 1.2.4 Potncias aparente, ativa e reativa (W) Potncia aparente ( S ) o resultado da multiplicao da tenso pela corrente ( S = U . I para sistemas monofsicos e S = 3 . U . I, para sistemas trifsicos). Corresponde potncia que existiria se no houvesse defasagem da corrente, ou seja, se a carga fosse formada por resistncias. Ento, P S = Cos ( VA )

R . I

(W)

= tenso em Volt = corrente Ampre = resistncia em Ohm = potncia mdia em Watt

Circuitos de corrente alternada a) Resistncia No caso de resistncias, quanto maior a tenso da rede, maior ser a corrente e mais depressa a resistncia ir se aquecer. Isto quer dizer que a potncia eltrica ser maior. A potncia eltrica absorvida da rede, no caso da resistncia, calculada multiplicando-se a tenso da rede pela corrente, se a resistncia ( carga ), for monofsica. P = U f . If (W)

Evidentemente, para as cargas resistivas, cos = 1 e a potncia ativa se confunde com a potncia aparente. A unidade de medida para potncia aparente o VoltAmpre ( VA ) ou seu mltiplo, o quilo-Volt-Ampre ( kVA ). Potncia ativa ( P ) a parcela da potncia aparente que realiza trabalho, ou seja, que transformada em energia. P =3 . U . I . cos (W) ou P = S . cos (W)

No sistema trifsico a potncia em cada fase da carga ser Pf = Uf x If, como se fosse um sistema monofsico independente. A potncia total ser a soma das potncias das trs fases, ou seja: P = 3Pf = 3 . Uf . If

Potncia reativa ( Q ) a parcela da potncia aparente que no realiza trabalho. Apenas transferida e armazenada nos elementos passivos ( capacitores e indutores ) do circuito. Q = 3 . U. I sen ( VAr ) ou Q = S . sen ( VAr )

Lembrando que o sistema trifsico ligado em estrela ou tringulo, temos as seguintes relaes: Ligao estrela: U = 3 . U f e I = If = Uf e I = 3 . If

Tringulo de potncias

Ligao tringulo: U

Assim, a potncia total, para ambas as ligaes, ser: P = 3 .U.INota: Esta expresso vale para a carga formada por resistncias, onde no h defasagem da corrente.

(W)

Figura 1.2 - Tringulo de potncias ( carga indutiva )

b) Cargas reativas Para as cargas reativas, ou seja, onde existe defasagem, como o caso dos motores de induo, esta defasagem tem que ser levada em conta e a expresso fica: P = 3 . U . I . cos ( W )

Onde: U = Tenso de linha I = Corrente de linha cos = ngulo de defasagem entre a tenso e a corrente de fase.

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1.2.5 Fator de potncia O fator de potncia, indicado por cos, onde o ngulo de defasagem da tenso em relao corrente, a relao entre a potncia real ( ativa ) P e a potncia aparente S ( figura 1.2 ). P cos = = P ( kW ) . 1000

O motor eltrico uma pea fundamental, pois dentro das indstrias, representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, imprescindvel a utilizao de motores com potncia e caractersticas bem adequadas sua funo. O fator de potncia varia com a carga do motor. Os catlogos WEG indicam os valores tpicos desta variao. Correo do fator de potncia O aumento do fator de potncia realizado, com a ligao de uma carga capacitiva, em geral, um capacitor ou motor sncrono super excitado, em paralelo com a carga. Por exemplo: Um motor eltrico, trifsico de 100 cv ( 75 kW ), IV polos, operando com 100% da potncia nominal, com fator de potncia original de 0,87 e rendimento de 93,5%. Deseja-se calcular a potncia reativa necessria para elevar o fator de potncia para 0,95. Soluo: Utilizando-se da tabela 1.2, na interseco da linha 0,87 com a coluna de 0,95, obtm-se o valor de 0,238, que multiplicado pela potncia do motor em kW, absorvida da rede pelo motor, resulta no valor da potncia reativa necessria para elevar-se o fator de potncia de 0,87 para 0,95.kVAr = P ( cv ) x 0,736 x F x 100% Rend. % = 100 x 0,736 x 0,238 x 100% 93,5% kVAr =18,735 kVArOnde: kVAr P(cv) F Rend. % = = = = Potncia trifsica do banco de capacitores a ser instalado Potncia nominal do motor Fator obtido na tabela 1.2 Rendimento do motor

S 3 .U.I Assim, g Carga Resistiva: cos = 1 g Carga Indutiva: cos atrasado g Carga Capacitiva: cos adiantadoNota: Os termos, atrasado e adiantado, referem-se corrente em relao tenso.

Um motor no consome apenas potncia ativa que depois convertida em trabalho mecnico e calor ( perdas ), mas tambm potncia reativa, necessria para magnetizao, mas que no produz trabalho. No diagrama da figura 1.3, o vetor P representa a potncia ativa e o Q a potncia reativa, que somadas resultam na potncia aparente S. A relao entre potncia ativa, medida em kW e a potncia aparente medida em kVA, chama-se fator de potncia. Importncia do fator de potncia

Figura 1.3 - O fator de potncia determinado medindo-se a potncia de entrada, a tenso e a corrente de carga nominal

Visando otimizar o aproveitamento do sistema eltrico brasileiro, reduzindo o trnsito de energia reativa nas linhas de transmisso, subtransmisso e distribuio, a portaria do DNAEE nmero 85, de 25 de maro de 1992, determina que o fator de potncia de referncia das cargas passasse dos ento atuais 0,85 para 0,92. A mudana do fator de potncia, d maior disponibilidade de potncia ativa no sistema, j que a energia reativa limita a capacidade de transporte de energia til ( ativa ).


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Fator de potncia original 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99

Fator de potncia desejado 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00

0,982 1,008 1,034 1,060 1,086 1,112 1,139 1,165 1,192 1,220 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403 1,442 1,481 1,529 1,590 1,732 0,937 0,893 0,850 0,809 0,769 0,730 0,692 0,655 0,618 0,584 0,549 0,515 0,483 0,450 0,419 0,388 0,358 0,329 0,299 0,270 0,242 0,213 0,186 0,159 0,132 0,106 0,079 0,053 0,026 0,000 0,962 0,919 0,876 0,835 0,795 0,756 0,718 0,681 0,644 0,610 0,575 0,541 0,509 0,476 0,445 0,414 0,384 0,355 0,325 0,296 0,268 0,239 0,212 0,185 0,158 0,131 0,106 0,079 0,062 0,026 0,989 0,945 0,902 0,861 0,821 0,782 0,744 0,707 0,670 0,636 0,601 0,567 0,535 0,502 0,471 0,440 0,410 0,381 0,351 0,322 0,294 0,265 0,238 0,211 0,184 0,157 0,131 0,105 0,078 0,062 1,015 0,971 0,928 0,887 0,847 0,808 0,770 0,733 0,696 0,662 0,627 0,593 0,561 0,528 0,497 0,466 0,436 0,407 0,377 0,348 0,320 0,291 0,264 0,237 0,210 0,183 0,157 0,131 0,104 0,078 1,041 0,997 0,954 0,913 0,873 0,834 0,796 0,759 0,722 0,688 0,653 0,619 0,587 0,554 0,523 0,492 0,462 0,433 0,403 0,374 0,346 0,317 0,290 0,263 0,236 0,209 0,183 0,157 0,130 0,104 1,067 1,023 0,980 0,939 0,899 0,860 0,882 0,785 0,748 0,714 0,679 0,645 0,613 0,580 0,549 0,518 0,488 0,459 0,429 0,400 0,372 0,343 0,316 0,289 0,262 0,235 0,209 0,183 0,153 0,130 0,104 0,078 0,062 0,026 0,000 1,094 1,060 1,007 0,966 0,926 0,887 0,849 0,812 0,775 0,741 0,706 0,672 0,640 0,607 0576 0,545 0,515 0,486 0,456 0,427 0,399 0,370 0,343 0,316 0,289 0,262 0,236 0,210 0,183 0,157 0,131 0,105 0,079 0,053 0,027 1,120 1,076 1,033 0,992 0,952 0,913 0,875 0,838 0,801 0,767 0,732 0,698 0,666 0,633 0,602 0,571 0,541 0,512 0,482 0,453 0,425 0,396 0,369 0,342 0,315 0,288 0,262 0,236 0,209 0,183 0,157 0,131 0,105 0,079 0,053 1,147 1,103 1,060 1,019 0,979 0,940 0,902 0,865 0,828 0,794 0,759 0,725 0,693 0,660 0,629 0,598 0,568 0,539 0,509 0,480 0,452 0,423 0,396 0,369 0,342 0,315 0,289 0,263 0,236 0,210 0,184 0,158 0,132 0,106 0,080 1,175 1,131 1,088 1,047 1,007 0,968 0,930 0,893 0,856 0,822 0,787 0,753 0,721 0,688 0,657 0,26 0,596 0,567 0,537 0,508 0,480 0,451 0,424 0,397 0,370 0,343 0,317 0,291 0,264 0,238 0,212 0,186 0,160 0,14 0,108 1,203 1,159 1,116 1,075 1,035 0,996 0,958 0,921 0,884 0,850 0,815 0,781 0,749 0,716 0,685 0,654 0,624 0595 0,565 0,536 0,508 0,479 0,452 0,425 0,398 0,371 0,345 0,319 0,292 0,266 0,240 0,214 0,188 0,162 0,136 1,231 1,187 1,144 1,103 1,063 1,024 0,986 0,949 0,912 0,878 0,843 0,809 0,777 0,744 0,713 0,692 0,652 0,623 0,593 0,564 0,536 0,507 0,480 0,453 0,426 0,399 0,373 0,347 0,320 0,264 0,268 0,242 0,216 0,190 0,164 0,137 0,111 0,084 0,056 0,028 1,261 1,217 1,174 1,133 1,090 1,051 1,013 0,976 0,943 0,905 0,870 0,836 0,804 0,771 0,740 0,709 0,679 0,650 0,620 0,591 0,563 0,534 0,507 0,480 0,453 0,426 0,400 0,374 0,347 0,321 0,295 0,269 0,243 0,217 0,194 0,167 0,141 0,114 0,086 0,058 1,292 1,248 1,205 1,164 1,124 1,085 1,047 1,010 0,973 0,939 0,904 0,870 0,838 0,805 0,774 0,742 0,713 0,684 0,654 0,625 0,597 0,568 0,541 0,514 0,487 0,460 0,434 0,408 0,381 0,355 0,329 0,303 0,277 0,251 0,225 0,198 0,172 0,145 0,117 0,089 1,324 1,280 1,237 1,196 1,456 1,117 1,079 1,042 1,005 0,971 0,936 0,902 0,870 0,837 0,806 0,755 0,745 0,716 0,686 0,657 0,629 0,600 0,573 0,546 0,519 0,492 0,466 0,440 0,403 0,387 0,361 0,335 0,309 0,283 0,257 0,230 0,204 0,177 0,149 0,121 1,358 1,314 1,271 1,230 1,190 1,151 1,113 1,076 1,039 1,005 0,970 0,936 0,904 0,871 0,840 0,809 0,779 0,750 0,720 0,691 0,663 0,624 0,607 0,580 0,553 0,526 0,500 0,474 0,447 0,421 0,395 0,369 0,343 0,317 0,191 0,265 0,238 0,211 0,183 0,155 1,395 1,351 1,308 1,267 1,228 1,189 1,151 1,114 1,077 1,043 1,008 0,974 0,942 0,909 0,878 0,847 0,817 0,788 0,758 0,729 0,701 0,672 0,645 0,618 0,591 0,564 0,538 0,512 0,485 0,459 0,433 0,407 0,381 0,355 0,229 0,301 0,275 0,248 0,220 0,192 0,164 0,134 0,103 0,071 0,037 1,436 1,392 1,349 1,308 1,268 1,229 1,191 1,154 1,117 1,083 1,048 1,014 0,982 0,949 0,918 0,887 0,857 0,828 0,798 0,769 0,741 0,712 0,685 0,658 0,631 0,604 0,578 0,562 0,525 0,499 0,473 0,447 0,421 0,395 0,369 0,343 0,317 0,290 0,262 0,234 0,206 0,176 0,145 0,113 0,079 1,484 1,440 1,397 1,356 1,316 1,277 1,239 1,202 1,165 1,131 1,096 1,062 1,000 0,997 0,966 0,935 0,906 0,876 0,840 0,811 0,783 0,754 0,727 0,700 0,673 0,652 0,620 0,594 0,567 0,541 0,515 0,496 0,463 0,437 0,417 0,390 0,364 0,337 0,309 0,281 0,253 0,223 0,192 0,160 0,126 1,544 1,500 1,457 1,416 1,377 1,338 1,300 1,263 1,226 1,192 1,157 1,123 1,091 1,066 1,027 0,996 0,966 0,937 0,907 0,878 0,850 0,821 0,794 0,767 0,740 0,713 0,686 0,661 0,634 0,608 0,582 0,556 0,536 0,504 0,476 0,451 0,425 0,398 0,370 0,342 0,314 0,284 0,253 0,221 0,187 1,687 1,643 1,600 1,359 1,519 1,480 1,442 1,405 1,368 1,334 1,299 1,265 1,233 1,200 1,169 1,138 1,108 1,079 1,049 1,020 0,992 0,963 0,936 0,909 0,882 0,855 0,829 0,803 0,776 0,750 0,724 0,696 0,672 0,645 0,620 0,593 0,567 0,540 0,512 0,484 0,456 0,426 0,395 0,363 0,328

0,000 0,026 0,062 0,078 0,000 0,026 0,062 0,000 0,026 0,000

0,000 0,026 0,053 0,081 0,109 0,027 0,055 0,082 0,028 0,056 0,028

0,030 0,061 0,093 0,127 0,031 0,063 0,097 0,032 0,068 0,034

0,042 0,089 0,149 0,292 0,047 0,108 0,251 0,061 0,203 0,142

Tabela 1.2 - Correo do fator de potncia

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1.2.6 Rendimento O motor eltrico absorve energia eltrica da linha e a transforma em energia mecnica disponvel no eixo. O rendimento define a eficincia com que feita esta transformao. Chamando Potncia til Pu a potncia mecnica disponvel no eixo e Potncia absorvida Pa a potncia eltrica que o motor retira da rede, o rendimento ser a relao entre as duas, ou seja: Pu ( W ) Pa ( W ) ou 736 . P ( cv ) % = 3 . U . I cos 1.2.7 Relao entre conjugado e potncia Quando a energia mecnica aplicada sob a forma de movimento rotativo, a potncia desenvolvida depende do conjugado C e da velocidade de rotao n. As relaes so: C ( kgfm ) . n ( rpm ) P ( cv ) = 716 C ( kgfm ) . n ( rpm ) P ( kW ) = 974 = 9555 = 7024 C ( Nm ) . n ( rpm ) C ( Nm ) . n ( rpm ) . 100 736 . P ( cv ) = 3 . U . I. cos = 3 . U . I . cos 1000.P ( kW )

Se representarmos num grfico os valores de U e I, a cada instante, vamos obter a figura 1.4b. Na figura 1.4b esto tambm indicadas algumas grandezas que sero definidas em seguida. Note que as ondas de tenso e de corrente no esto em fase, isto , no passam pelo valor zero ao mesmo tempo, embora tenham a mesma frequncia; isto acontece para muitos tipos de carga, por exemplo, enrolamentos de motores ( cargas reativas ). Frequncia o nmero de vezes por segundo que a tenso muda de sentido e volta condio inicial. expressa em ciclos por segundo ou Hertz, simbolizada por Hz. Tenso mxima ( Umx ) o valor de pico da tenso, ou seja, o maior valor instantneo atingido pela tenso durante um ciclo ( este valor atingido duas vezes por ciclo, uma vez positivo e uma vez negativo ). Corrente mxima ( Imx ) o valor de pico da corrente. Valor eficaz de tenso e corrente ( U e I ) o valor da tenso e corrente contnuas que desenvolvem potncia correspondente quela desenvolvida pela corrente alternada. Pode-se demonstrar que o valor eficaz vale: U = Umx / 2 e I = Imx / 2 .

=

Inversamente 716 . P ( cv ) C ( kgfm ) = n ( rpm )

974 . P ( kW ) = n ( rpm )

Exemplo: Se ligarmos uma resistncia a um circuito de corrente alternada ( cos = 1 ) com Umx = 311 V e Imx = 14, 14 A, A potncia desenvolvida ser:P = U . I . COS =

7024 . P ( cv ) C ( Nm ) = n ( rpm ) =

9555 . P ( kW ) n ( rpm )

2

Umax Imax . . 311 . 14,14 . 1

2

P = 2.200 Watts = 2,2 kWOBS.: Normalmente, quando se fala em tenso e corrente, por exemplo, 220 V ou 10 A, sem especificar mais nada, estamos nos referindo valores eficazes da tenso ou da corrente, que so empregados na prtica.

1.3 Sistemas de corrente alternada monofsica 1.3.1 Generalidades A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tenso, em vez de permanecer fixa, como entre os polos de uma bateria, varia com o tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o seu nome. No sistema monofsico uma tenso alternada U ( Volt ) gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga, que absorve uma corrente I ( Ampre ) - ver figura 1.4a.

Defasagem ( ) o atraso da onda de corrente em relao onda da tenso ( ver figura 1.4b ). Em vez de ser medido em tempo ( segundos ), este atraso geralmente medido em ngulo ( graus ) correspondente frao de um ciclo completo, considerando 1 ciclo = 360o. Mas comumente a defasagem expressa pelo cosseno do ngulo ( ver item 1.2.5 - Fator de potncia ). 1.3.2 Ligaes em srie e paralelo

Figura 1.4a

Figura 1.4b

Figura 1.5a

Figura 1.5b


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Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofsico, esta ligao pode ser feita em dois modos: g ligao em srie ( figura 1.5a ), em que as duas cargas so atravessadas pela corrente total do circuito. Neste caso, a tenso em cada carga ser a metade da tenso do circuito. g ligao em paralelo ( figura 1.5b ), em que aplicada s duas cargas a tenso do circuito. Neste caso, a corrente em cada carga ser a metade da corrente total do circuito. 1.4 Sistemas de corrente alternada trifsica O sistema trifsico formado pela associao de trs sistemas monofsicos de tenses U1, U2 e U3 tais que a defasagem entre elas seja de 120o, ou seja, os atrasos de U2 em relao a U1, de U3 em relao a U2 e de U1 em relao a U3 sejam iguais a 120o ( considerando um ciclo completo = 360o ). O sistema equilibrado se as trs tenses tm o mesmo valor eficaz U1 = U2 = U3 conforme figura 1.6.

Figura 1.7a - Ligaes

Figura 1.7b - Diagrama eltrico

Figura 1.7c - Diagrama fasorial

Corrente de linha ( I ) a corrente em qualquer um dos trs fios L1, L2 e L3. Tenso e corrente de fase ( Uf e If ) a tenso e corrente de cada um dos trs sistemas monofsicos considerados. Examinando o esquema da figura 1.7b, v-se que:Figura 1.6

U = Uf I = 3 . If = 1,732 If I = If1 + If3 ( figura 1.7c ) Exemplo: Temos um sistema equilibrado de tenso nominal 220 V. A corrente de linha medida 10 A. Ligando a este sistema uma carga trifsica composta de trs cargas iguais ligadas em tringulo, qual a tenso e a corrente em cada uma das cargas? Temos Uf = U1 = 220 V em cada uma das cargas. Se I = 1,732 . If, temos If = 0,577 . I = 0,577 . 10 = 5,77 A em cada uma das cargas. 1.4.2 Ligao estrela Ligando um dos fios de cada sistema monofsico a um ponto comum aos trs, os trs fios restantes formam um sistema trifsico em estrela ( figura 1.8a ). s vezes, o sistema trifsico em estrela a quatro fios ou com neutro. O quarto fio ligado ao ponto comum s trs fases.

Ligando entre si os trs sistemas monofsicos e eliminando os fios desnecessrios, teremos um sistema trifsico equilibrado: trs tenses U1, U2 e U3 equilibradas, defasadas entre si de 120o e aplicadas entre os trs fios do sistema. A ligao pode ser feita de duas maneiras, representadas nos esquemas seguintes. Nestes esquemas, costuma-se representar as tenses com setas inclinadas ou vetores girantes, mantendo entre si o ngulo correspondente defasagem ( 120o ), conforme figuras 1.7a, b e c, e figuras 1.8a, b e c. 1.4.1 Ligao tringulo Se ligarmos os trs sistemas monofsicos entre si, como indicam as figuras 1.7a, b e c, podemos eliminar trs fios, deixando apenas um em cada ponto de ligao, e o sistema trifsico ficar reduzido a trs fios L1, L2 e L3. Tenso de linha ( U ) a tenso nominal do sistema trifsico aplicada entre dois quaisquer dos trs fios L1, L2 e L3. 12 Especificao do Motor Eltrico

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A tenso de linha ou tenso nominal do sistema trifsico e a corrente de linha, so definidas do mesmo modo que na ligao tringulo.

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8 2 3

5 12

9

6

Figura 1.8a - Ligaes Figura 1.9

7

11

4

1

Rotor g Eixo ( 7 ) - transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor. tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga. g Ncleo de chapas ( 3 ) - as chapas possuem as mesmas caractersticas das chapas do estator. g Barras e anis de curto-circuito ( 12 ) - so de alumnio injetado sob presso numa nica pea.Figura 1.8b - Diagrama eltrico Figura 1.8c - Diagrama fasorial

Examinando o esquema da figura 1.8b, v-se que: I = If U = 3 . Uf = 1,732 . Uf U = Uf1 - Uf2 ( figura 1.8c ) Exemplo: Temos uma carga trifsica composta de trs cargas iguais; cada carga feita para ser ligada a uma tenso de 220 V, absorvendo 5,77 A. Qual a tenso nominal do sistema trifsico que alimenta estas cargas ligadas em estrela em suas condies normais (220 V e 5,77 A)? Qual a corrente de linha? Temos Uf = 220 V (normal de cada carga) U = 1,732 . 220 = 380 V I = If = 5,77 A 1.5 Motor de induo trifsico O motor de induo trifsico (figura 1.9) composto fundamentalmente de duas partes: estator e rotor. Estator g Carcaa ( 1 ) - a estrutura suporte do conjunto de construo robusta em ferro fundido, ao ou alumnio injetado, resistente corroso e normalmente com aletas. g Ncleo de chapas ( 2 ) - as chapas so de ao magntico, tratatas termicamente para reduzir ao mnimo as perdas no ferro. g Enrolamento trifsico ( 8 ) - trs conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifsico equilibrado ligado rede trifsica de alimentao.

Outras partes do motor de induo trifsico: Tampa ( 4 ) g Ventilador ( 5 ) g Tampa defletora ( 6 ) g Caixa de ligao ( 9 ) g Terminais ( 10 ) g Rolamentos ( 11 )g

Daremos, neste guia, nfase ao motor de gaiola, cujo rotor constitudo de um conjunto de barras no isoladas e interligadas por anis de curto-circuito. O que caracteriza o motor de induo que s o estator ligado rede de alimentao. O rotor no alimentado externamente e as correntes que circulam nele, so induzidas eletromagneticamente pelo estator, donde o seu nome de motor de induo. 1.5.1 Princpio de funcionamento - campo girante Quando uma bobina percorrida por uma corrente eltrica, criado um campo magntico orientado conforme o eixo da bobina e de valor proporcional corrente.

Figura 1.10a

Figura 1.10b


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a) Na figura 1.10a indicado um enrolamento monofsico atravessado por uma corrente I e o campo H criado por ela. Enrolamento constitudo de um par de polos ( um plo norte e um plo sul ), cujos efeitos se somam para estabelecer o campo H. O fluxo magntico atravessa o rotor entre os dois polos e se fecha atravs do ncleo do estator. Se a corrente I alternada, o campo H tambm , e o seu valor a cada instante ser representando pelo mesmo grfico da figura 1.4b, inclusive invertendo o sentido em cada meio ciclo. O campo H pulsante, pois sua intensidade varia proporcionalmente corrente, sempre na mesma direo norte-sul. b) Na figura 1.10b indicado um enrolamento trifsico, que composto por trs monofsicos espaados entre si de 120o. Se este enrolamento for alimentado por um sistema trifsico, as correntes I1, I2 e I3 criaro, do mesmo modo, os seus prprios campos magnticos H1, H2 e H3. Estes campos so espaados entre si de 120o. Alm disso, como so proporcionais s respectivas correntes, sero defasados no tempo, tambm de 120o entre si e podem ser representados por um grfico igual ao da figura 1.6. O campo total H resultante, a cada instante, ser igual soma grfica dos trs campos H1, H2 e H3 naquele instante. Na figura 1.11, representamos esta soma grfica para seis instantes sucessivos.

de fluxo cortam as barras do rotor) as quais geram correntes, e consequentemente, um campo no rotor, de polaridade oposta do campo girante. Como campos opostos se atraem e como o campo do estator ( campo girante ) rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotao deste campo. Desenvolve-se ento, no rotor, um conjugado motor que faz com que ele gire, acionando a carga. 1.5.2 Velocidade sncrona ( ns ) A velocidade sncrona do motor definida pela velocidade de rotao do campo girante, a qual depende do nmero de polos ( 2p ) do motor e da frequncia ( f ) da rede, em Hertz. Os enrolamentos podem ser construdos com um ou mais pares de polos, que se distribuem alternadamente ( um norte e um sul ) ao longo da periferia do ncleo magntico. O campo girante percorre um par de polos ( p ) a cada ciclo. Assim, como o enrolamento tem polos ou p pares de polos, a velocidade do campo : 60 . f ns = p = 2p 120 . f ( rpm )

Exemplos: a) Qual a rotao sncrona de um motor de VI polos, 50 Hz? 120 . 50 ns = 6 = 1000 rpm

Diagrama fasorial

b) Motor de XII polos, 60 Hz? 120 . 60 ns = 12 = 600 rpm

Fasor / vetor

Note que o nmero de polos do motor ter que ser sempre par, para formar os pares de polos. Para as frequncias e polaridades usuais, as velocidades sncronas so:N de polos II Rotao sncrona por minuto 60 Hertz 3.600 1.800 1.200 900 720 50 Hertz 3.000 1.500 1.000 750 600

Figura 1.11

IV VI VIII X Tabela 1.3 - Velocidades sncronas

No instante ( 1 ), a figura 1.6, mostra que o campo H1 mximo e os campos H2 e H3 so negativos e de mesmo valor, iguais a 0,5. Os trs campos so representados na figura 1.11 ( 1 ), parte superior, levando em conta que o campo negativo representado por uma seta de sentido oposto ao que seria normal; o campo resultante ( soma grfica ) mostrado na parte inferior da figura 1.11 ( 1 ), tendo a mesma direo do enrolamento da fase 1. Repetindo a construo para os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da figura 1.6, observa-se que o campo resultante H tem intensidade constante, porm sua direo vai girando, completando uma volta no fim de um ciclo. Assim, quando um enrolamento trifsico alimentado por correntes trifsicas, cria-se um campo girante, como se houvesse um nico par de polos girantes, de intensidade constante. Este campo girante, criado pelo enrolamento trifsico do estator, induz tenses nas barras do rotor (linhas 14 Especificao do Motor Eltrico

Para motores de dois polos, como no item 1.5.1, o campo percorre uma volta a cada ciclo. Assim, os graus eltricos equivalem aos graus mecnicos. Para motores com mais de dois polos, de acordo com o nmero de polos, um giro geomtrico menor percorrido pelo campo. Exemplo: Para um motor de VI polos teremos, em um ciclo completo, um giro do campo de 360o x 2/6 = 120o mecnicos. Isto equivale, logicamente, a 1/3 da velocidade em II polos. Conclui-se, assim, que: Graus eltricos = Graus mecnicos x p

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1.5.3 Escorregamento ( s ) Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade sncrona, ou seja, diferente da velocidade do campo girante, o enrolamento do rotor corta as linhas de fora magntica do campo e, pelas leis do eletromagnetismo, circularo nele correntes induzidas. Quanto maior a carga, maior ter que ser o conjugado necessrio para acion-la. Para obter o conjugado, ter que ser maior a diferena de velocidade para que as correntes induzidas e os campos produzidos sejam maiores. Portanto, medida que a carga aumenta, a rotao do motor diminui. Quando a carga zero (motor em vazio) o rotor girar praticamente com a rotao sncrona. A diferena entre a velocidade do motor n e a velocidade sncrona ns chama-se escorregamento s, que pode ser expresso em rpm, como frao da velocidade sncrona, ou como porcentagem desta ns - n ns ns - n ns

nos referimos s temperaturas elevadas, quando o isolante se queima e o enrolamento destrudo repentinamente. Vida til da isolao ( em termos de temperatura de trabalho, bem abaixo daquela em que o material se queima ), refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando ressecado, perdendo o poder isolante, at que no suporte mais a tenso aplicada e produza o curto-circuito. A experincia mostra que a isolao tem uma durao praticamente ilimitada, se a sua temperatura for mantida abaixo do limite de sua classe trmica. Acima deste valor, a vida til da isolao vai se tornando cada vez mais curta, medida que a temperatura de trabalho mais alta. Este limite de temperatura muito mais baixo que a temperatura de queima do isolante e depende do tipo de material empregado. Esta limitao de temperatura refere-se ao ponto mais quente da isolao e no necessariamente ao enrolamento todo. Evidentemente, basta um ponto fraco no interior da bobina para que o enrolamento fique inutilizado. Com o uso cada vez mais intenso de inversores de frequncia para variao de velocidade dos motores de induo, alm do aspecto trmico salientado nos pargrafos anteriores, outros critrios da aplicao devem ser observados para a preservao da vida do sistema de isolao do motor. Maiores detalhes podem ser vistos no item 9.4.5.4 deste documento. 1.6.1 Material isolante O material isolante impede, limita e direciona o fluxo das correntes eltricas. Apesar da principal funo do material isolante ser de impedir o fluxo de corrente de um condutor para terra ou para um potencial mais baixo, ele serve tambm para dar suporte mecnico, proteger o condutor de degradao provocada pelo meio ambiente e transferir calor para o ambiente externo. Gases, lquidos e slidos so usados para isolar equipamentos eltricos, conforme as necessidades do sistema. Os sistemas de isolao influenciam na boa qualidade do equipamento e o tipo e a qualidade da isolao afetam o custo, o peso, o desempenho e a vida do mesmo. 1.6.2 Sistema isolante Uma combinao ntima e nica de dois ou mais materiais isolantes usados num equipamento eltrico denomina-se sistema isolante. Essa combinao num motor eltrico consiste do esmalte de isolao do fio, isolao de fundo de ranhura, isolao de fechamento de ranhura, isolao entre fases , verniz e/ou resina de impregnao, isolao do cabo de ligao, isolao de solda. Qualquer material ou componente que no esteja em contato com a bobina considerado no fazendo parte do sistema de isolao. 1.6.3 Classes trmicas A durabilidade da isolao de um produto eletromecnico afetada por muitos fatores tais como temperatura, esforos eltricos e mecnicos, vibrao, atmosfera agressiva, umidade, p e radiao. Como a temperatura em produtos eletromecnicos frequentemente o fator predominante para o envelhecimento do material isolante e do sistema de isolao, certas classificaes trmicas bsicas so teis e

s (rpm) = ns - n ; s =

;

s (%) =

. 100

Para um dado escorregamento s(%), a velocidade do motor ser, portanto s(%) ) n = ns . ( 1 100 Exemplo: Qual o escorregamento de um motor de VI polos, 50 Hz, se sua velocidade de 960 rpm? 1000 - 960 s(%) = 1000 s ( % ) = 4% 1.5.4 Velocidade nominal a velocidade (rpm) do motor funcionando potncia nominal, sob tenso e frequncia nominais. Conforme foi visto no item 1.5.3, depende do escorregamento nessa condio e da velocidade sncrona. s% n = ns . ( 1 ) 100 rpm . 100

1.6 Materiais e sistemas de isolao Sendo o motor de induo, uma mquina robusta e de construo simples, a sua vida til depende quase exclusivamente da vida til da isolao dos enrolamentos. Esta afetada por muitos fatores, como umidade, vibraes, ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais importante sem dvida a temperatura de trabalho dos materiais isolantes empregados. Um aumento de 8 a 10 graus acima do limite da classe trmica na temperatura da isolao pode reduzir a vida til do bobinado pela metade. Para uma maior vida do motor eltrico recomendamos a utilizao de sensores trmicos de proteo do bobinado. Quando falamos em diminuio da vida til do motor, no


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reconhecidas mundialmente. O que diferencia as classes de isolao so os materiais isolantes utilizados. Os materiais e sistemas isolantes so classificados conforme a resistncia temperatura por longo perodo de tempo. As normas citadas a seguir referem-se classificao de materiais e sistemas isolantes:Materiais UL 746B IEC 60216 Sistemas UL 1446 UL 1561 / 1562 IEC 60505 IEEE 117 Tabela 1.4 - Normas de materiais e sistemas isolantes Materiais e Sistemas IEC 60085

1.6.5 Sistemas de isolao WEG Para atender as vrias exigncias do mercado e aplicaes especficas, aliadas a um excelente desempenho tcnico, nove sistemas de isolao so utilizados nos diversos motores WEG. O fio circular esmaltado um dos componentes mais importantes do motor, pois a corrente eltrica circulando por ele que cria o campo magntico necessrio para o funcionamento do motor. Durante a fabricao do motor, os fios so submetidos a esforos mecnicos de trao, flexo e abraso. Em funcionamento, os efeitos trmicos e eltricos agem tambm sobre o material isolante do fio. Por essa razo, ele deve ter uma boa isolao mecnica, trmica e eltrica. O esmalte utilizado atualmente nos fios garante essas propriedades, sendo a propriedade mecnica assegurada pela camada externa do esmalte que resiste a foras de abraso durante a insero do mesmo nas ranhuras do estator. A camada de esmalte interna garante alta rigidez dieltrica e o conjunto atribui classe 200C ao fio ( UL File E234451 ). Esse fio utilizado em todos os motores classe B, F e H. Tambm nos motores para extrao de fumaa ( Smoke Extraction Motor ) o fio especial para altssimas temperaturas. Os filmes e laminados isolantes tm funo de isolar trmica e eletricamente partes da bobina do motor. Como a vida til do motor depende quase que exclusivamente da vida til da isolao, usa-se o material adequado para cada classe de motor. Esses filmes e laminados so usados nos seguintes pontos: g entre a bobina e a ranhura (filme de fundo de ranhura) para isolar o pacote de chapas de ao (terra) da bobina de fios esmaltados; g entre as fases para isolar eletricamente uma fase da bobina da outra fase; g fechamento da ranhura do estator para isolar eletricamente a bobina localizada na parte superior da ranhura do estator e para atuar mecanicamente de modo a manter os fios dentro da ranhura do estator.

As classes trmicas so as seguintes:Temperatura (C) 90 < 105 105 < 120 120 < 130 130 < 155 155 0,63 < 1,0 > 1,0 < 1,6 > 1,6 < 2,5 > 2,5 < 4,0 > 4,0 < 6,3 > 6,3 < 10 > 10 < 16 > 16 < 25 > 25 < 40 > 40 < 63 > 63 < 100 > 100 < 160 > 160 < 250 > 250 < 400 > 400 < 630 cv > 0,5 < 0,86 > 0,86 < 1,4 > 1,4 < 2,2 > 2,2 < 3,4 > 3,4 < 5,4 > 5,4 < 8,6 > 8,6 < 14 > 14 < 22 > 22 < 34 > 34 < 54 > 54 < 86 >86 < 136 1,9 1,8 1,8 1,7 1,6 1,5 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,75 0,65 Cp /Cn

2 Cmn /C n 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 Cmx /Cn 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6 1,6 Cp /Cn 2,0 1,9 1,9 1,8 1,7 1,6 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,75 0,65

4 Cmn/Cn 1,4 1,3 1,3 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6 0,5 Cmx /Cn 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9 1,9 1,8 1,8 1,7 1,7 1,6 1,6 Cp /Cn pu 1,7 1,7 1,6 1,6 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,75 0,65

6 Cmn /Cn 1,2 1,2 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 0,9 0,8 0,8 0,7 0,6 0,5 Cmx /Cn 1,7 1,8 1,9 1,9 1,9 1,9 1,8 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,6 1,6 1,6 Cp /Cn 1,5 1,5 1,4 1,4 1,3 1,3 1,3 1,2 1,2 1,2 1,1 1,0 0,9 0,9 0,75 0,65

8 Cmn /Cn 1,1 1,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 0,5 Cmx /Cn 1,6 1,7 1,8 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6

> 136 < 217 > 217 < 340 > 340 < 543 > 543 < 856

Tabela 3.1 Conjugado com rotor bloqueado ( Cp ), conjugado mnimo de partida ( Cmn ) e mximo ( Cmx ), para motores de categoria N, relativos ao conjugado nominal ( Cn ). Nmero de polos Faixa de potncias nominais kW > 0,4 < 0,63 > 0,63 < 1,0 > 1,0 < 1,6 > 1,6 < 2,5 > 2,5 < 4,0 > 4,0 < 6,3 > 6,3 < 10 > 10 < 16 > 16 < 25 > 25 < 40 > 40 < 63 > 63 < 100 > 100 < 160 cv > 0,54 < 0,63 > 0,86 < 1,4 > 1,4 < 2,2 > 2,2 < 3,4 > 3,4 < 5,4 > 5,4 < 8,6 > 8,6 < 14 > 14 < 22 > 22 < 34 > 34 < 54 > 54 < 86 >86 < 140 > 140 < 220 3,0 2,85 2,85 2,7 2,55 2,4 2,4 2,25 2,1 2,0 2,0 2,0 2,0 2,1 1,95 1,95 1,8 1,8 1,65 1,65 1,65 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 2,1 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 2,55 2,55 2,4 2,4 2,25 2,25 2,25 2,1 2,1 2,0 2,0 2,0 2,0 1,8 1,8 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 Cp /Cn 4 C mn C mx Cp /Cn 6 C mn C mx pu 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 2,25 2,25 2,1 2,1 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,65 1,65 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 Cp /Cn 8 C mn C mx

Tabela 3.2 Conjugado com rotor bloqueado ( Cp ), conjugado mnimo de partida ( Cmn ) e mximo ( Cmx ), para motores de categoria H, relativos ao conjugado nominal (Cn ). Notas: a) os valores de Cp /Cn so iguais a 1, 5 vezes os valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 2,0; b) os valores de Cmn /Cn so iguais a 1,5 vezes os valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 1,4; c) os valores de Cmx /Cn so iguais aos valores correspondentes da categoria N, no sendo porm, inferiores a 1,9 ou ao valor correspondente de Cmn /Cn.


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3.1.3 Caractersticas dos motores WEG Embora os motores WEG sejam, na sua maioria, declarados como pertencendo categoria N, a exemplo da maioria dos motores encontrados no mercado, os valores reais tpicos dos conjugados excedem, em muito, os exigidos em norma. Na maioria dos casos excedem at mesmo, os mnimos exigidos para a categoria H. Isto significa uma curva conjugado x velocidade bastante alta, trazendo as seguintes vantagens: 1) Rpida acelerao em caso de partida pesada, como bombas de pisto, esteiras carregadas, cargas de alta inrcia, compressores com vlvulas abertas, etc. 2) Atendimentos de casos especiais, como os mencionados acima, com motores padro de estoque, com vantagens de preo, prazo e entrega. 3) Permitem o uso de sistemas de partida com tenso reduzida, como chaves estrela-tringulo, em casos normais, sem prejuzo da perfeita acelerao da carga. 4) Devido ao elevado valor do conjugado mximo, enfrentam, sem perda brusca de rotao, os picos momentneos de carga e as quedas de tenso passageiras. Isto fundamental para o acionamento de mquinas sujeitas a grandes picos de carga, como britadores, calandras, etc. 3.2 Inrcia da carga O momento de inrcia da carga acionada uma das caractersticas fundamentais para verificar, atravs do tempo de acelerao, se o motor consegue acionar a carga dentro das condies exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade trmica do material isolante. Momento de inrcia uma medida da resistncia que um corpo oferece a uma mudana em seu movimento de rotao em torno de um dado eixo. Depende do eixo em torno do qual ele est girando e, tambm, da forma do corpo e da maneira como sua massa est distribuda. A unidade do momento de inrcia kgm2. O momento de inrcia total do sistema a soma dos momentos de inrcia da carga e do motor ( Jt = Jm + Jc ). No caso de uma mquina que tem rotao diferente do motor ( por exemplo, nos casos de acionamento por polias ou engrenagens ), dever ser referida a rotao nominal do motor conforme abaixo:

Figura 3.4 - Momento de inrcia em velocidades diferentes

Jce = Jc (

Nc Nn

)2 + J1(

N1 Nn

)2 + J2(

N2 Nn

)2 + J3(

N3 Nn

)2

onde: Jce - Momento de inrcia da carga referido ao eixo do motor Jc - Momento de inrcia da carga Nc - Rotao da carga Nn - Rotao nominal do motor

Jt = Jm + Jce A inrcia total de uma carga um importante fator para a determinao do tempo de acelerao. 3.3 Tempo de acelerao Para verificar se o motor consegue acionar a carga, ou para dimensionar uma instalao, equipamento de partida ou sistema de proteo, necessrio saber o tempo de acelerao ( desde o instante em que o equipamento acionado at ser atingida a rotao nominal ). O tempo de acelerao pode ser determinado de maneira aproximada pelo conjugado mdio de acelerao.

ta =ta Jt rps Cmmed Crmed Jm Jce Ca

2 . rps . Jt Ca-

=

2 . rps . ( Jm + Jce ) ( Cmmed - Crmed )

tempo de acelerao em segundos momento de inrcia total em kgm2 rotao nominal em rotaes por segundo conjugado mdio de acelerao do motor em N.m. conjugado mdio resistente de carga referido a eixo em N.m. momento de inrcia do motor momento de inrcia da carga referido ao eixo conjugado mdio de acelerao

O conjugado mdio de acelerao obtm-se a partir da diferena entre o conjugado do motor e o conjugado da carga. Seu valor deveria ser calculado para cada intervalo de rotao ( a somatria dos intervalos forneceria o tempo total de acelerao ). Porm, na prtica, suficiente que se calcule graficamente o conjugado mdio, isto , a diferena entre a mdia do conjugado do motor e a mdia do conjugado da carga. Essa mdia pode ser obtida, graficamente, bastando que se observe que a soma das reas A1 e A 2 seja igual a rea A3 e que a rea B1 seja igual a rea B2 ( ver figura 3.5 ).Figura 3.3 - Momento de inrcia em rotaes diferentes

Jce = Jc (

Nc Nn

)2

( kgm2 )

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Conjugado

Cm

a) Os valores so dados em funo de massa-raio ao quadrado. Eles foram calculados a partir da frmula: J = 0,04 . P 0.9 . p 2,5A2

A3

A1 Ca Cn M1 B1 0 Rotao B2

onde: P - potncia nominal em kW p - nmero de pares de polosCr

Nn

Figura 3.5 - Determinao grfica do conjugado mdio de acelerao Cn Cm Cr Ca Nn = = = = = Conjugado nominal Conjugado do motor Conjugado da carga Conjugado mdio de acelerao Rotao nominal

3.4 Regime de partida Devido ao valor elevado da corrente de partida dos motores de induo, o tempo gasto na acelerao de cargas de inrcia aprecivel resulta na elevao rpida da temperatura do motor. Se o intervalo entre partidas sucessivas for muito reduzido, isto levara a um aumento de temperatura excessivo nos enrolamentos, danificando-os ou reduzindo a sua vida til. As normas ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1 estabelecem um regime de partida mnimo que os motores devem ser capazes de realizar: a) Duas partidas sucessivas, sendo a primeira feita com o motor frio, isto , com seus enrolamentos temperatura ambiente e a segunda logo a seguir, porm, aps o motor ter desacelerado at o repouso. b) Uma partida com o motor quente, ou seja, com os enrolamentos temperatura de regime. A primeira condio simula o caso em que a primeira partida do motor malograda, por exemplo, pelo desligamento da proteo, permitindo-se uma segunda tentativa logo a seguir. A segunda condio simula o caso de um desligamento acidental do motor em funcionamento normal, por exemplo, por falta de energia na rede, permitindo-se retomar o funcionamento logo aps o restabelecimento da energia. Como o aquecimento durante a partida depende da inrcia das partes girantes da carga acionada, a norma estabelece os valores mximos de inrcia da carga para os quais o motor deve ser capaz de cumprir as condies acima. Os valores fixados para motores de II, IV, VI e VIII polos esto indicados na tabela 3.3.Potencia nominal kW 0,4 0,63 1,0 1,6 2,5 4,0 6,3 10 18 25 40 63 100 160 250 400 630 cv 0,54 0,86 1,4 2,2 3,4 5,4 8,6 14 22 34 54 86 140 220 340 540 860 II 0,018 0,026 0,040 0,061 0,091 0,139 0,210 0,318 0,485 0,725 1,11 1,67 2,52 3,85 5,76 8,79 13,2 Nmero de polos IV VI kgm2 0,099 0,273 0,149 0,411 0,226 0,624 0,345 0,952 0,516 1,42 0,788 2,17 1,19 3,27 1,80 4,95 2,74 7,56 4,10 11,3 6,26 17,2 9,42 26,0 14,3 39,3 21,8 60,1 32,6 89,7 49,7 137 74,8 206 VIII 0,561 0,845 1,28 1,95 2,92 4,46 6,71 10,2 15,5 23,2 35,4 53,3 80,8 123 184 281 423

b) Para valores intermedirios de potncia nominal, o momento de inrcia externo, deve ser calculado pela frmula acima. Para cargas com inrcia maior que o valor de referncia da tabela 3.3, o que pode ocorrer, principalmente nas potncias maiores ou para determinao do nmero de partidas permitidas por hora, dever ser consultada a nossa engenharia de aplicao, indicando os seguintes dados da aplicao: g Potncia requerida pela carga. Se o regime for intermitente, ver o ltimo item: regime de funcionamento. g Rotao da mquina acionada. g Transmisso: direta, correia plana, correias V, corrente, etc. g Relao de transmisso com croquis das dimenses e distncias das polias, se for transmisso por correia. g Cargas radiais anormais aplicadas ponta do eixo: trao da correia em transmisses especiais, peas pesadas, presas ao eixo, etc. g Cargas axiais aplicadas ponta do eixo: transmisses por engrenagem helicoidal, empuxos hidrulicos de bombas, peas rotativas pesadas em montagem vertical, etc. g Forma construtivas se no for B3D, indicar o cdigo da forma construtiva utilizada. g Conjugados de partida e mximos necessrios. g Descrio do equipamento acionado e condies de utilizao. g Momento de inrcia ou GD2 das partes mveis do equipamento, e a rotao a que est referida. g Regime de funcionamento, no se tratando de regime contnuo, descrever detalhadamente o perodo tpico do regime, no esquecendo de especificar: g Potncia requerida e durao de cada perodo com carga; g Durao dos perodos sem carga ( motor em vazio ou motor desligado ); g Reverses do sentido de rotao; g Frenagem em contra-corrente. Os motores devem ter seu nmero de partidas por hora conforme o regime de servio indicado na placa de identificao e/ou conforme regime acordado em projeto. O excesso de partidas pode causar sobreaquecimento e consequente queima do motor eltrico. Em caso de dvidas consulte a WEG. 3.5 Corrente de rotor bloqueado 3.5.1 Valores mximos normalizados Os limites mximos da corrente com rotor bloqueado, em funo da potncia nominal do motor so vlidos para qualquer polaridade, esto indicados na tabela 3.4, expressos em termos da potncia aparente absorvida com rotor bloqueado em relao potncia nominal, kVA/cv ou kVA/kW.

Tabela 3.3 - Momento de inrcia ( J )


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Potncia aparente com rotor bloqueado kVA/cv = Potncia nominal kVA/cv = 3 Ip . U

P ( cv ) . 1000 3 Ip . U

4.1 Variao do nmero de polos Existem trs modos de variar o nmero de polos de um motor assncrono, quais sejam: g enrolamentos separados no estator; g um enrolamento com comutao de polos; g combinao dos dois anteriores. Em todos esses casos, a regulao de velocidade ser discreta, sem perdas, porm, a carcaa ser maior do que a de um motor de velocidade nica. 4.1.1 Motores de duas velocidades com enrolamentos independentes Esta verso apresenta a vantagem de se combinar enrolamentos com qualquer nmero de polos, porm, limitada pelo dimensionamento eletromagntico do ncleo ( estator/rotor ) e carcaa geralmente bem maior que o de velocidade nica.kVA/cv 9,6 8,8 8,1 7,4

kVA/kW =

P ( kW ) . 1000

sendo: Ip - Corrente de rotor bloqueado, ou corrente de partida U - Tenso nominal ( V ) P - Potncia nominal ( cv ou kW ) Faixa de potncias kW > 0,37 < 6,3 > 6,3 < 25 > 25 < 63 > 63 < 630 cv > 0,5 < 8,6 > 8,6 < 34 > 34 < 86 > 86 < 856 kVA/kW 13 12 11 10 Sp / Pn

Tabela 3.4 - Valores mximos de potncia aparente com rotor bloqueado ( Sp / Pn ), expressos pela razo para a potncia de sada nominal ( Pn ) Nota: Para obter a relao Ip / In , deve-se multiplicar o valor de kVA/kW pelo produto do rendimento e fator de potncia a plena carga. Ip = Corrente com rotor bloqueado; In = Corrente nominal

4.1.2 Dahlander Motores de duas velocidades com enrolamento por comutao de polos o sistema mais comum, tambm denominado Dahlander. Esta ligao implica numa relao de polos de 1:2 com consequente relao de rotao de 2:1. Podem ser ligadas da seguinte forma ( figura 4.1 ):

4. Regulagem da velocidade de motores assncronos de induo A relao entre velocidade, frequncia, nmero de polos e escorregamento expressa por 2 n= ( 2p )onde: n = f = 2p = s = rpm frequncia ( Hz ) nmero de polos escorregamento

. f . 60 . ( 1 - s )

Analisando a frmula, podemos ver que para regular a velocidade de um motor assncrono, podemos atuar nos seguintes parmetros: a) 2p = nmero de polos b) s = escorregamento c) f = frequncia da tenso ( Hz )

Figura 4.1 - Resumo das ligaes Dahlander

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g

Conjugado constante O conjugado nas duas rotaes constante e a relao de potncia da ordem de 0,63:1. Neste caso o motor tem uma ligao de /YY. Exemplo: Motor 0,63/1 cv - IV/II polos - /YY. Este caso se presta as aplicaes cuja curva de torque da carga permanece constante com a rotao.'

g

Potncia constante Neste caso, a relao de conjugado 1:2 e a potncia permanece constante. O motor possui uma ligao YY/ Exemplo: 10/10 cv - IV/II polos - YY/. Conjugado varivel Neste caso, a relao de potncia ser de aproximadamente 1:4. muito aplicado s cargas como bombas, ventiladores. Sua ligao Y/YY. Exemplo: 1/4 cv - IV/II polos - Y/YY. 4.1.3 Motores com mais de duas velocidades possvel combinar um enrolamento Dahlander com um enrolamento simples ou mais. Entretanto, no comum, e somente utilizado em aplicaes especiais. 4.2 Variao do escorregamento Neste caso, a velocidade do campo girante mantida constante, e a velocidade do rotor alterada de acordo com as condies exigidas pela carga, que podem ser: a) variao da resistncia rotrica b) variao da tenso do estator c) variao de ambas, simultaneamente. Estas variaes so conseguidas atravs do aumento das perdas rotricas, o que limita a utilizao desse sistema. 4.2.1 Variao da resistncia rotrica Utilizado em motores de anis. Baseia-se na seguinte equao: 3 . R2 . I22 o . T pj2 o . T

g

Figura 4.2 - Curva de conjugado com variao da resistncia rotrica

4.2.2 Variao da tenso do estator um sistema pouco utilizado, uma vez que tambm gera perdas rotricas e a faixa de variao de velocidade pequena. 4.3 Inversores de frequncia Maiores informaes sobre o uso de inversores de frequncia para controle de velocidade, ver captulo 9.4. 4.4 Motofreio trifsico O motofreio consiste de um motor de induo acoplado a um freio monodisco, formando uma unidade integral compacta e robusta. O motor de induo totalmente fechado com ventilao externa, com as mesmas caractersticas de robustez e desempenho da linha de motores. O freio construdo com poucas partes mveis, que assegura longa durao com o mnimo de manuteno. A dupla face das pastilhas forma uma grande superfcie de atrito, que proporciona pequena presso sobre as mesmas, baixo aquecimento e mnimo desgaste. Alm disso, o freio resfriado pela prpria ventilao do motor. A bobina de acionamento do eletrom, protegida com resina epxi, funciona continuamente com tenses de 10% acima ou abaixo da nominal. Sua alimentao por corrente continua, fornecida por uma ponte retificadora composta de diodos de silcio e varistores, que suprimem picos indesejveis de tenso e permitem um rpido desligamento da corrente. A alimentao em corrente continua proporciona maior rapidez e uniformidade de operao do freio. O motofreio geralmente aplicado em: g mquinas-ferramenta g teares g mquinas de embalagem g transportadores g mquinas de lavar e engarrafar g mquinas de bobinar

s =

=

onde: pj2 o T R2 I2

= = = = =

Perdas rotricas ( W ) Rotao sncrona em rd/s Torque ou conjugado do rotor Resistncia rotrica ( Ohms ) Corrente rotricas ( A )

A insero de uma resistncia externa no rotor faz com que o motor aumente o escorregamento ( s ), provocando a variao de velocidade. Na figura a seguir, vemos o efeito do aumento do R2.


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dobradeiras guindastes g pontes-rolante g elevadores g ajustes de rolos de laminadores g mquinas grficasg g

Enfim, em equipamentos onde so exigidos paradas rpidas por questes de segurana, posicionamento e economia de tempo. 4.4.1 Funcionamento do freio Quando o motor desligado da rede, o controle tambm interrompe a corrente da bobina e o eletrom pra de atuar. As molas de presso empurram a armadura na direo da tampa traseira do motor. As pastilhas, que esto alojadas no disco de frenagem, so comprimidas entre as duas superfcies de atrito, a armadura e a tampa, freando o motor at que ele pare. Quando o motor ligado na rede, a bobina alimentada e a armadura atrada contra a carcaa do eletrom, vencendo a resistncia das molas. As pastilhas ao ficarem livres deslocam-se axialmente em seus alojamentos ficando afastadas das superfcies de atrito. Assim, termina a ao de frenagem, deixando o motor partir livremente. Opcionalmente pode ser fornecido disco de frenagem de lonas. 4.4.2. Esquemas de ligao O motofreio WEG admite trs sistemas de ligaes, proporcionando frenagem lentas, mdias e rpidas. a) Frenagem lenta A alimentao da ponte retificadora da bobina do freio feita diretamente dos terminais do motor, sem interrupo, conforme figura a seguir:

b) Frenagem mdia Neste caso, intercala-se um contato para interrupo da corrente de alimentao da ponte retificadora no circuito de CA. essencial que este seja um contato auxiliar NA do prprio contator ou chave magntica do motor, para garantir que se ligue ou desligue o freio simultaneamente com o motor.

D - Ponte Retificadora L - Bobina do eletrom K - Contator S1- Contator auxiliar NA Figura 4.4 - Esquema de ligao para frenagem mdia

c) Frenagem rpida Intercala-se o contato para interrupo diretamente num dos fios de alimentao da bobina, no circuito CC. necessrio que este seja um contato auxiliar NA do prprio contator ou chave magntica do motor.

D - Ponte Retificadora L - Bobina do eletrom K - Contator Figura 4.3 - Esquema de ligao para frenagem lenta

D - Ponte retificadora L - Bobina do eletrom K - Contator S1 - Contato auxiliar NA Figura 4.5 - Esquema de ligao para frenagem rpida

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4.4.3. Alimentao da bobina do freio A alimentao da ponte retificadora por corrente alternada, pode ser obtida de fonte independente ou dos terminais do motor. Esta alimentao poder ser em 110/220 V, 440 V ou 575 V, de acordo com as caractersticas do conjunto ponte retificadora/bobina de freio. A bobina do freio tambm poder ser fornecida em 24 Vcc, mas neste caso a alimentao dever ser atravs de uma fonte independente ( corrente contnua ), dispensando o uso de ponte retificadora. Pelos terminais do motor a) Motor 220/380 V: ligar os terminais 1 e 2 da PR ( 220 Vca )entre os terminais 2 e 6 do motor.

4.4.4 Conjugado de frenagem Pode-se obter uma parada mais suave do motor diminuindo o valor do conjugado de frenagem, pela retirada de parte das molas de presso do freio. Importante! As molas devem ser retiradas de maneira que as restantes permaneam simetricamente dispostas evitando que continue existindo frico mesmo aps acionado o motor, e desgaste desuniforme das pastilhas. 4.4.5 Ajuste do entreferro Os motofreios so fornecidos com o entreferro inicial, ou seja, a separao entre a armadura e a carcaa com o freio aplicado, pr-ajustado na fbrica em seu valor mnimo indicado na tabela 4.1. Por serem de construo simples, os motofreios praticamente dispensam manuteno, a no ser a ajustagem peridica do entreferro. Recomenda-se proceder uma limpeza interna, quando houver penetrao de gua, poeiras, etc, ou por ocasio da manuteno peridica do motor.Carcaa 71 80 90S - 60L 100L 112M 132S - 132M 160M - 160L Tabela 4.1 Entreferro inicial ( mm ) 0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,2 - 0,3 0,3 - 0,4 0,3 - 0,4 Entreferro mximo ( mm ) 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,8 0,8

b) Motor 380/660 V: ligar os terminais 1 e 2 da PR ( 220 Vca ) entre o terminal 2 e o neutro. c) Motor 220/380/440/760 V: ligar os terminais da PR ( 220 Vca ) entre os terminais 1 e 4 do motor. d) Motor com 3 cabos ( tenso nica ): ligar os terminais 1 e 2 da PR entre os terminais 1 e 2 do motor ( caso a tenso da ponte for igual a do motor ). e) Motor dupla polaridade 220 V ( PR 220 Vca ): 1. alta rotao: ligar entre os terminais 4 e 6 do motor. 2. baixa rotao: ligar entre os terminais 1 e 2 do motor. Motor 440 V: ligar os terminais da ponte retificadora ( 440 Vca ) nos terminais do motor. Alimentao independente ( CA ) Para motores de outras tenses, ligar os terminais da ponte retificadora fonte independente de 220 V, porm com interrupo simultnea com a alimentao do motor. Com alimentao independente, possvel fazer eletricamente destravamento do freio, conforme figura abaixo.

D - Ponte retificadora L - Bobina do eletrom K - Contator S1 - Contato auxiliar NA S2 - Chave de destravamento eltrico Figura 4.6 - Esquema de ligao para alimentao independente

Com o desgaste natural das pastilhas, o entreferro aumenta gradativamente, no afetando o bom funcionamento do freio at que ele atinja o valor mximo indicado na tabela 4.1. Para reajustar o entreferro a seus valores iniciais, Procede-se como segue: a) Retirar os parafusos de fixao e remover a tampa defletora. b) Remover a cinta de fixao. c) Medir o entreferro em trs pontos, prximos aos parafusos de ajustagem, a qual feita com um jogo de lminas padro ( espio ). d) Se a medida encontrada for maior ou igual ao valor mximo indicado, ou se as trs leituras forem diferentes entre si, prosseguir a ajustagem da seguinte maneira: 1. soltar as contraporcas e os parafusos de ajustagem 2. ajustar o entreferro ao seu valor inicial indicado na tabela 15.4, apertando por igual os trs parafusos de ajustagem. O valor do entreferro deve ser uniforme nos trs pontos de medio e ser de tal forma, que a lmina padro correspondente ao limite interior, penetre livremente em toda a volta, e a lmina correspondente ao limite superior no possa ser introduzida em nenhum ponto. 3. apertar os parafusos de travamento at que sua ponta fique apoiada na tampa do motor. No apertar em demasia. Especificao do Motor Eltrico 33

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4. apertar firmemente as contraporcas. 5. fazer verificao final do entreferro, procedendo as medies conforme o item 2. 6. recolher a cinta de proteo. 7. recolocar a tampa defletora, fixando com os parafusos. Intervalos para inspeo e reajustagem do entreferro O intervalo de tempo entre as reajustagens peridicas do entreferro, ou seja, o nmero de operaes de frenagem at que o desgaste das pastilhas leve o entreferro ao seu valor mximo, depende da carga, das condies de servio, das impurezas do ambiente de trabalho, etc. 0 intervalo ideal poder ser determinado pela manuteno, observando-se o comportamento prtico do motofreio nos primeiros meses de funcionamento, nas condies reais de trabalho. O desgaste das pastilhas depende do momento de inrcia da carga acionada. A WEG dispe de outras opes de freio para aplicaes mais rigorosas ( ex: pontes rolantes, tracionadores, redutores, etc... ). Em caso de dvidas, consulte a WEG. 5. Caractersticas em regime 5.1.1 Aquecimento do enrolamento Perdas A potncia til fornecida pelo motor na ponta do eixo menor que a potncia que o motor absorve da linha de alimentao, isto , o rendimento do motor sempre inferior a 100%. A diferena entre as duas potncias representa as perdas, que so transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para fora do motor, para evitar que a elevao de temperatura seja excessiva. O mesmo acontece em todos os tipos de motores. No motor de automvel, por exemplo, o calor gerado pelas perdas internas tem que ser retirado do bloco pelo sistema de circulao de gua com radiador ou pela ventoinha, em motores resfriados a ar. Dissipao do calor O calor gerado pelas perdas no interior de um motor fechado dissipado para o ar ambiente atravs da superfcie externa da carcaa. Em motores fechados essa dissipao normalmente auxiliada pelo ventilador montado no prprio eixo do motor. Uma boa dissipao depende: g da eficincia do sistema de ventilao; g da rea total de dissipao da carcaa; g da diferena de temperatura entre a superfcie externa da carcaa e do ar ambiente ( text - ta ). a) O sistema de ventilao bem projetado, alm de ter um ventilador eficiente, capaz de movimentar grande volume de ar, deve dirigir esse ar de modo a varrer toda a superfcie da carcaa, onde se d a troca de calor. De nada adianta um grande volume de ar se ele se espalha sem retirar o calor do motor. b) A rea total de dissipao deve ser a maior possvel. Entretanto, um motor com uma carcaa muito grande, para obter maior rea, seria muito caro e pesado, alm de ocupar muito espao. Por isso, a rea de dissipao disponvel limitada pela necessidade de fabricar motores pequenos e leves. Isso compensado em parte, aumentando-se a rea disponvel por meio de aletas de resfriamento, fundidas com a carcaa. 34 Especificao do Motor Eltrico

c) Um sistema de resfriamento eficiente aquele que consegue dissipar a maior quantidade de calor disponvel, atravs da menor rea de dissipao. Para isso, necessrio que a queda interna de temperatura, mostrada na figura 5.1, seja minimizada. Isto quer dizer que deve haver uma boa transferncia de calor do interior do motor at a superfcie externa. O que realmente queremos limitar a elevao da temperatura no enrolamento sobre a temperatura do ar ambiente. Esta diferena total ( t ) comumente chamada elevao de temperatura do motor e, como indicado na figura 5.1, vale a soma da queda interna com a queda externa.

Figura 5.1

Como vimos, interessa reduzir a queda interna ( melhorar a transferncia de calor ) para poder ter uma queda externa maior possvel, pois esta que realmente ajuda a dissipar o calor. A queda interna de temperatura depende de diversos fatores como indica a figura 5.1, onde as temperaturas de certos pontos importantes do motor esto representadas e explicadas a seguir: A - Ponto mais quente do enrolamento, no interior da ranhura, onde gerado o calor proveniente das perdas nos condutores.

AB - Queda de temperatura na transferncia de calor do ponto mais quente at os fios externos. Como o ar um pssimo condutor de calor, importante que no hajam vazios no interior da ranhura, isto , as bobinas devem ser compactas e a impregnao com verniz deve preencher o mximo possvel os vazios. B - Queda atravs do isolamento da ranhura e no contato deste com os condutores de um lado, e com as chapas do ncleo, do outro. O emprego de materiais modernos melhora a transmisso de calor atravs do isolante; a impregnao perfeita, melhora o contato do lado interno, eliminando espaos vazios; o bom alinhamento das chapas estampadas, melhora o contato do lado externo, eliminando camadas de ar que prejudicam a transferncia de calor.

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BC - Queda de temperatura por transmisso atravs do material das chapas do ncleo. C - Queda no contato entre o ncleo e a carcaa. A conduo de calor ser tanto melhor quanto mais perfeito for o contato entre as partes, dependendo do bom alinhamento das chapas, e preciso da usinagem da carcaa. Superfcies irregulares deixam espaos vazios entre elas, resultando mau contato e, portanto, m conduo do calor.

CD - Queda de temperatura por transmisso atravs da espessura da carcaa. Graas a um projeto moderno, uso de materiais avanados, processos de fabricao aprimorados, sob um permanente Controle de Qualidade, os motores WEG apresentam uma excelente transferncia de calor do interior para a superfcie, eliminando pontos quentes no enrolamento. Temperatura externa do motor Era comum, antigamente, verificar o aquecimento do motor, medindo, com a mo, a temperatura externa da carcaa. A temperatura da carcaa, porm, no d indicao do aquecimento interno do motor, nem de sua qualidade. Um motor frio por fora pode ter perdas maiores e temperatura mais alta no enrolamento do que um motor exteriormente quente. Segue abaixo os locais onde recomendamos verificar a temperatura externa de um motor eltrico, utilizando um medidor de temperatura calibrado. conforme a figura abaixo:

Quando falamos em diminuio da vida til do motor, no nos referimos s temperaturas elevadas, quando o isolante se queima e o enrolamento destrudo de repente. A vida til do sistema de isolamento ( em termos de temperatura de trabalho, bem abaixo daquela em que o material se queima ), refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando ressecado, perdendo o poder isolante, at que no suporte mais a tenso aplicada e produza o curto-circuito. A experincia mostra que a capacidade de isolamento dos materiais tem uma durao praticamente ilimitada, se a sua temperatura for mantida abaixo de um certo limite. Acima deste valor, a vida til dos materiais isolantes vai se tornando cada vez mais curta, medida que a temperatura de trabalho mais alta. Este limite de temperatura muito mais baixo que a temperatura de queima do isolante e depende do tipo de material empregado. Esta limitao de temperatura se refere ao ponto mais quente da isolao e no necessariamente ao enrolamento todo. Evidentemente, basta um ponto fraco no interior da bobina para que o enrolamento fique inutilizado. Recomendamos utilizar sensores de temperatura como proteo adicional ao motor eltrico. Estes podero garantir uma maior vida ao motor e confiabilidade ao processo. A especificao de alarme e/ou desligamento deve ser realizada de acordo com a classe trmica do motor. Em caso de dvidas, consulte a WEG. 5.1.3 Classes de isolamento Definio das classes Como foi visto anteriormente, o limite de temperatura depende do tipo de material empregado. Para fins de normalizao, os materiais isolantes e os sistemas de isolamento ( cada um formado pela combinao de vrios materiais ) so agrupados em CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que o material ou o sistema de isolamento pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida til. As classes de isolamento utilizadas em mquinas eltricas e os respectivos limites de temperatura conforme ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1, so as seguintes: Classe A ( 105 C ) Classe E ( 120 C ) Classe B ( 130 C ) Classe F ( 155 C ) Classe H ( 180 C ) As classes B e F so as comumente utilizadas em motores normais. 5.1.4 Medida de elevao de temperatura do enrolamento muito difcil medir a temperatura do enrolamento com termmetros ou termopares, pois a temperatura varia de um ponto a outro e nunca se sabe se o ponto da medio est prximo do ponto mais quente. O mtodo mais confivel de se medir a temperatura de um enrolamento atravs da variao de sua resistncia hmica com a temperatura, que aproveita a propriedade dos condutores de variar sua resistncia, segundo uma lei conhecida: Ohm.

Centro da carcaa Tampa dianteira, junto ao rolamento.

Figura 5.2

Importante! Medir tambm a temperatura ambiente (mx. a 1 m de distncia do motor)

5.1.2 Vida til do motor Sendo o motor de induo, uma mquina robusta e de construo simples, a sua vida til depende quase exclusivamente da vida til do sistema de isolamento dos enrolamentos. Este afetado por muitos fatores, como umidade, vibraes, ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais importante , sem dvida a temperatura de trabalho dos materiais isolantes empregados. Um aumento de 8 a 10 graus acima do limite da classe trmica na temperatura do sistema de isolamento, pode reduzir a vida til do bobinado pela metade.


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A elevao da temperatura pelo mtodo da resistncia, calculada por meio da seguinte frmula, para condutores de cobre: R2 - R1 t = t2 - ta = ( 235 + t1 ) + t1 - ta R1onde: t = t1 = a elevao de temperatura; a temperatura do enrolamento antes do ensaio, praticamente igual a do meio refrigerante, medida por termmetro; a temperatura dos enrolamentos no fim do ensaio; a temperatura do meio refrigerante no fim do ensaio; Resistncia do enrolamento antes do ensaio; Resistncia do enrolamento no fim do ensaio.

5.2 Proteo trmica de motores eltricos Os motores utilizados em regime contnuo devem ser protegidos contra sobrecargas por um dispositivo integrante do motor, ou um dispositivo de proteo independente, geralmente com rel trmico com corrente nominal ou de ajuste, igual ou inferior ao valor obtido multiplicando-se a corrente nominal de alimentao ( In ) pelo fator de servio ( FS ), conforme a tabela:Fator de Servio do Motor (FS) 1,0 at 1,15 1,15 Ajuste da Corrente do rel In.FS (In. FS) - 5%

t2 ta R1 R2

= = = =

5.1.5 Aplicao a motores eltricos A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deve ser mantida abaixo do limite da classe. A temperatura total vale a soma da temperatura ambiente com a elevao de temperatura t mais a diferena que existe entre a temperatura mdia do enrolamento e a do ponto mais quente. As normas de motores fixam a mxima elevao de temperatura t, de modo que a temperatura do ponto mais quente fica limitada, baseada nas seguintes consideraes: a) A temperatura ambiente , no mximo 40 oC, por norma, e acima disso as condies de trabalho so consideradas especiais. b) A diferena entre a temperatura mdia e a do ponto mais quente no varia muito de motor para motor e seu valor estabelecido em norma, baseado na prtica 5 oC, para as classes A e E, 10 oC para as classes B e F e 15 C para a classe H. As normas de motores, portanto, estabelecem um mximo para a temperatura ambiente e especificam uma elevao de temperatura mxima para cada classe de isolamento. Deste modo, fica indiretamente limitada a temperatura do ponto mais quente do motor. Os valores numricos e a composio da temperatura admissvel do ponto mais quente, so indicados na tabela 5.1.Classe de isolamento Temperatura ambiente t = elevao de temperatura (mtodo da resistncia) Diferena entre o ponto mais quente e a temperatura mdia Total: temperatura do ponto mais quenteo o o o

Tabela 5.3 - Corrente de alimentao x Fator de servio

A proteo trmica efetuada por meio de termoresistncias ( resistncia calibrada ), termistores, termostatos ou protetores trmicos. Os tipos de sensores a serem utilizados so determinados em funo da classe de temperatura do isolamento empregado, de cada tipo de mquina e da exigncia do cliente. 5.2.1 Termorresistores ( Pt-100 ) So sensores de temperatura com princpio de funcionamento baseado na propriedade que alguns materiais apresentam de variar a resistncia eltrica com a variao da temperatura ( geralmente platina, nquel ou cobre ). Possuem resistncia calibrada que varia linearmente com a temperatura, possibilitando um acompanhamento contnuo do processo de aquecimento do motor pelo display do controlador, com alto grau de preciso e sensibilidade de resposta. Um mesmo sensor pode servir para alarme ( operao acima da temperatura normal de trabalho ) e desligamento ( geralmente ajustada para a mxima temperatura da classe de isolamento ). As resistncias dos cabos, dos contatos, etc., podem interferir na medio assim, existem diferentes tipos de configuraes que podem ser realizadas buscando minimizar esses efeitos. g A configurao de dois fios normalmente satisfatria em locais onde o comprimento do cabo do sensor ao instrumento no ultrapassa 3,0 m para bitola 20 AWG. g Na configurao de trs fios ( mais utilizada pela indstria ) haver uma compensao da resistncia eltrica pelo terceiro fio. g Na configurao de quatro fios ( montagem mais precisa ), existem duas ligaes para cada terminal do bulbo ( dois cabos para tenso e dois para corrente ), obtendo-se um balanceamento total de resistncias ( utilizada nos casos onde grande preciso necessria ). Desvantagem Os elementos sensores e os circuitos de controle possuem um alto custo.

A C 40 C 60

E B 40 40

F 40

H 40

75 80 105 125

C 5 5 10 10 15 C 105 120 130 155 180

Tabela 5.1 - Composio da temperatura em funo da classe de isolamento

Para motores de construo naval, devero ser obedecidos todos os detalhes particulares de cada entidade classificadora, conforme tabela 5.2.Mxima sobreelevao de temperatura permitida por classe Mxima de isolamento, t em oC ( mtodo de temperatura variao de resistncia ) ambiente (C) A E B F 45 55 70 75 96 50 55 65 75 95 50 50 65 70 90 45 50 65 70 90 45 50 65 70 90 45 50 70 75

Entidades classificadoras para uso naval Germanischer Lloyd American Bureau of Shipping Bureau Vritas Norske Vritas Lloyds Register of Shipping RINa

Figura 5.3 - Visualizao do aspecto interno e externo dos termorresistores

Tabela 5.2 - Correo das temperaturas para rotores navais

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Para o Pt-100, a temperatura pode ser obtida com a frmula a seguir, ou atravs de tabelas fornecidas pelos fabricantes. r - 100 t C = 0,385r - resistncia medida em Ohms

5.2.2 Termistores ( PTC e NTC ) Os termistores so dispositivos feitos de materiais semicondutores, cuja resistncia varia acentuadamente com a temperatura. PTC - coeficiente de temperatura positivo NTC - coeficiente de temperatura negativo O termistor PTC apresenta aumento da resistncia com o aumento da temperatura e alguns so caracterizados por esta subida ser abrupta, o que os torna teis em dispositivos de proteo de sobreaquecimento. O termistor NTC apresenta reduo da resistncia com o aumento da temperatura, normalmente no sendo utilizados em motores eltricos. A brusca variao na resistncia interrompe a corrente no PTC, acionando um rel de sada, o qual desliga o circuito principal. Os termistores podem ser usados para alarme e desligamento. Nesse caso, so necessrios dois termistores, conectados em srie, por fase. Os termistores possuem tamanho reduzido, no sofrem desgastes mecnicos e tm uma resposta mais rpida em relao aos outros detectores, embora no permitam um acompanhamento contnuo do processo de aquecimento do motor. Os termistores com seus respectivos circuitos eletrnicos de controle oferecem proteo completa contra so

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