Baixe Eletrotécnica, elétrica, circuitos e outras Notas de aula em PDF para Eletrotécnica, somente na Docsity! ELETROTÉCNICA PARTE 3 PROF. ALEXANDRE DE CASTRO SILVA PROF. EDMAR GONÇALVES MOTORES ELÉTRICOS O motor elétrico é uma máquina que transforma energia elétrica em energia mecânica de utilização. Os motores elétricos são divididos em dois grandes grupos, tomando-se o valor da tensão como base: corrente contínua e alternada. Para melhor visualizar os diferentes tipos de motores elétricos, analisar a Figura 6.1. MOTORES ELÉTRICOS Motores de Corrente Alternada São aqueles acionados através de uma fonte de corrente alternada. São utilizados na maioria das aplicações industriais. Há vários tipos de motores elétricos empregados em instalações industriais. No entanto, por sua maior aplicação nesta área, devido à simplicidade de construção, vida útil longa, custo reduzido de compra e manutenção, este livro irá tratar mais especificamente dos motores elétricos assíncronos de indução. Motores trifásicos São aqueles alimentados por um sistema trifásico a três fios, em que as tensões estão defasadas de 120° elétricos. Representam a grande maioria dos motores empregados nas instalações industriais. A Figura 6.2 mostra os seus principais componentes. Podem ser do tipo indução ou síncrono. a) Motores de indução São constituídos de duas partes básicas: • Estator Formado por três elementos  Carcaça: constituída de uma estrutura de construção robusta, fabricada em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com superfície aletada e que tem como principal função suportar todas as partes fixas e moveis do motor.  Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente fixadas ao estator.  Enrolamentos: dimensionados em material condutor isolado, dispostos sobre o núcleo e ligados à rede de energia elétrica de alimentação. MOTORES ELÉTRICOS • Rotor Também constituído de três elementos básicos.  Eixo: responsável pela transmissão da potência mecânica gerada pelo motor. Núcleo de chapas: constituído de chapas magnéticas adequadamente fixadas sobre o eixo. Barras e anéis de curto-circuito (motor de gaiola): constituído de alumínio injetado sobrepressão.  Enrolamentos (motor com rotor bobinado): constituídos de material condutor e dispostos sobre o núcleo. b) Demais componentes • Ventilador: responsável pela remoção do calor acumulado na carcaça. • Tampa defletora: componente mecânico provido de aberturas instaladas na parte traseira do motor sobre o ventilador. • Terminais: conectores metálicos que recebem os condutores de alimentação do motor. • Rolamentos: componentes mecânicos sobre os quais está fixado o eixo. • Tampa: componente metálico de fechamento lateral. • Caixa de ligação: local onde estão fixados os terminais de ligação do motor. MOTORES ELÉTRICOS Rotor Chapa Magnética Ranhura Enrolamento Enrolamento Anel de Curto-Circuito Entreferro MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Os motores de indução trifásicos, com rotor em gaiola, são usados na maioria das instalações industriais principalmente em máquinas não suscetíveis a variações de velocidade. Para obtenção de velocidade constante, devem-se usar motores síncronos normalmente construídos para potências elevadas, devido a seu alto custo relativo, quando fabricados em potências menores. A seguir, serão estudadas as principais características dos motores de indução trifásicos com rotor em gaiola. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Potência Nominal É a potência que o motor pode fornecer ao eixo, em regime contínuo, sem que os limites de temperatura dos enrolamentos sejam excedidos aos valores máximos permitidos por norma dentro de sua classe de isolamento. Sempre que são aplicadas aos motores cargas de valor muito superior ao da potência para a qual foram projetados, seus enrolamentos sofrem um aquecimento anormal, diminuindo a vida útil da máquina, podendo danificar o isolamento até se estabelecer um curto-circuito interno que caracteriza a sua queima. A potência nominal normalmente é fornecida em cv, e 1 cv equivale a 0,736 kW. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Como informação adicional, a seguir são dadas as expressões que permitem determinar a potência de um motor para as atividades de maior uso industrial: a) Bombas Pb – potência requerida pela bomba, em kW; Q – quantidade do líquido, em m³/s; γ – peso específico do líquido, em kg/dm³; γ = 1 kg/dm³ – para a água H – altura de elevação mais altura de recalque, em m; η – eficiência da bomba 0,87 ≤ η ≤ 0,90 – para bombas a pistão; 0,40 ≤ η ≤ 0,70 – para bombas centrífugas. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA EXEMPLO DE APLICAÇÃO Determinar a potência nominal de um motor de um elevador de carga destinado a levantar uma carga máxima de 400 kg. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA c) Ventiladores Pv – potência requerida pelo ventilador, em kW; Q – vazão, em m³/s; P – pressão, em N/m²; η – rendimento: 0,50 ≤ η ≤ 0,80 – para ventiladores com P > 400 mmHg; 0,35 ≤ η ≤ 0,50 – para ventiladores com 100 ≤ 1 ≤ 400 mmHg; 0,20 ≤ η ≤ 0,35 – para ventiladores com P < 100 mmHg. Obs.: 1 mmHg = 9,81 N/m² 1 N/m² = 1,02 × 10-3 kgf/m² MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA d) Compressores Pc –potência requerida pelo compressor, em kW; Wc –velocidade nominal do compressor, em rps; Cnc –conjugado nominal do compressor, em mN; ηac –rendimento de acoplamento: ηac ≈ 0,95 MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Frequência Nominal É aquela fornecida pelo circuito de alimentação e para a qual o motor foi dimensionado. O motor deve trabalhar satisfatoriamente se a frequência variar dentro de limites de ± 5% da frequência nominal, desde que seja mantida a tensão nominal constante. Os motores trifásicos com rotor bobinado quando ligados numa rede de energia elétrica cuja frequência é diferente da frequência nominal apresentam as seguintes particularidades: a) Motor de 50 Hz ligado em 60 Hz • a potência mecânica não varia; • a corrente de carga não varia; • a corrente de partida diminui em 17%; • a velocidade nominal aumenta em 20%, isto é, na mesma proporção do aumento da frequência; • a relação entre o conjugado máximo e o conjugado nominal diminui em 17%; • a relação entre o conjugado de partida e o conjugado nominal diminui em 17%. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Frequência Nominal b) Motor de 60 Hz ligado em 50 Hz • a potência aumenta em 20% para motores de IV, VI e VIII polos; • a corrente de carga não varia; • a velocidade nominal diminui na mesma proporção da redução da frequência; • a relação entre o conjugado máximo e o conjugado nominal aumenta; • a relação entre o conjugado de partida e o conjugado nominal aumenta. MOTORES ELÉTRICOS MOTORES ASSÍNCRONOS TRIFÁSICOS COM ROTOR EM GAIOLA Formas construtivas normalizadas A norma NBR 5031 padroniza as diversas formas construtivas dos motores, tomando como base o arranjo de suas partes em relação à fixação, à ponta do eixo e à disposição dos mancais. De acordo com a NBR 5432, a caixa de ligação de um motor deve ser instalada de forma que a sua linha de centro passe por um setor compreendido entre a parte superior do motor e 10 graus abaixo da linha de centro horizontal do lado direito, quando o motor for visto pelo lado do acionamento. A figura a seguir mostra algumas das diversas formas construtivas normalizadas tanto para montagem horizontal como para montagem vertical. MOTORES ELÉTRICOS Placa de Identificação DRM MOTORES S.A RUA MONSELHOR SALAZAR, 1344 FORTALEZA - CEARÁ CGCMF 65879141/0001-00 INDÚSTRIA BRASILEIRA MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO KW 450 Hz 60 FS 1,15 cv 600 PRIMÁRIO [COS 0,97 |] MOD KBF355C A 768,1 LIG Y || AMB 409 RPM 1778 A ALT 1000M CAT T 80º ISOL F SECUNDÁRIO REG 5] Ã [ À LIG Y NR ABNT NBR-7094 LL d MOTORES ELÉTRICOS Placa de Identificação • 1ª letra: linha de fabricação do motor, variando de K a F • 2ª letra: tipo do motor A: motor em anéis; B: motor de gaiola. • 3ª letra: sistema de refrigeração A: aberto; F: trocador de calor ar-ar; W: trocador de calor ar-água; I: ventilação forçada independente com trocador de calor ar-ar; D: autoventilado por dutos; T: ventilação forçada independente por dutos; L: ventilação forçada independente com trocador de calor ar-água; V: ventilação forçada independente aberta; • Número: representa a carcaça (355, 400 etc.). • 4ª letra: furação dos pés (L, A, B, C, D, E). MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES A adoção de um sistema de partida eficiente pode ser considerada uma das regras básicas para se obter do motor uma vida útil prolongada, custos operacionais reduzidos, além de dar à equipe de manutenção da indústria tranquilidade no desempenho das tarefas diárias. Os critérios para a seleção do método de partida adequado envolvem considerações quanto à capacidade da instalação, requisitos da carga a ser considerada, além da capacidade do sistema gerador. MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através da Chave Estrela-Triângulo MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através da Chave Estrela-Triângulo Durante a partida em estrela, o conjugado e a corrente de partida ficam reduzidos a 1/3 de seus valores nominais. Neste caso, um motor só pode partir através de chave estrela-triângulo quando o seu conjugado, na ligação em estrela, for superior ao conjugado da carga do eixo. Devido ao baixo conjugado de partida e relativamente constante a que fica submetido o motor, as chaves estrela-triângulo são mais adequadamente empregadas em motores cuja partida se dá em vazio. A seguir, são apresentadas algumas vantagens e desvantagens das chaves estrela-triângulo. a)Vantagens • Custo reduzido • Elevado número de manobras • Corrente de partida reduzida a 1/3 da nominal • Baixas quedas de tensão durante a partida • Dimensões relativamente reduzidas MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através da Chave Estrela-Triângulo b)Desvantagens • Aplicação específica a motores com dupla tensão nominal e que disponham de pelo menos seis terminais acessíveis • Conjugado de partida reduzido a 1/3 do nominal • A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor • O motor deve alcançar, pelo menos, 90% de sua velocidade de regime para que, durante a comutação, a corrente de pico não atinja valores elevados, próximos, portanto, da corrente de partida com acionamento direto. MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através de Chave Compensadora b)Desvantagens: • custo superior ao da chave estrela-triângulo; • dimensões normalmente superiores às chaves estrela-triângulo, acarretando o aumento no volume dos Centros de Controle de Motores (CCM). Deve-se alertar para o fato de que: V1 × I1= Vs × Is V1 – tensão de linha ou de alimentação do autotransformador; I1 – corrente de linha; Vs – tensão de saída do autotransformador equivalente ao tape de ligação; Is – corrente de saída do autotransformador. MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através de Chave Compensadora MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através de Chaves Estáticas (Softstarter) Popularmente conhecidas como chaves softstarters, são constituídas de um circuito eletrônico acoplado a um microprocessador que controla um conjunto de tiristores responsáveis pelo ajuste da tensão aplicada aos terminais do motor. Ademais, através de ajustes acessíveis, pode-se controlar o torque do motor e a corrente de partida a valores desejados em função da exigência da carga. As principais características das chaves de partida estáticas são: • Corrente nominal da chave A determinação correta da corrente nominal da chave estática muitas vezes é prejudicada pela falta de informação das condições operacionais do motor. Assim, o dimensionamento da corrente nominal da chave estática pode ser realizado, de forma prática, aplicando-se sobre a corrente nominal do motor um fator de sobrecarga, cujo resultado é a corrente que deve ser adotada para a chave estática, de acordo com a Tabela 7.5: MOTORES ELÉTRICOS SISTEMA DE PARTIDA DE MOTORES Partida Através de Chaves Estáticas (Softstarter) Acionamento em rampa de tensão MUITO OBRIGADO!!!