Motores elétricos, Notas de estudo de Engenharia de Produção

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Especificação

D-2 Motores Elétricos de Corrente Alternada

1.1 Motores elétricos Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. O motor de indução é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos mais comuns de motores elétricos são: a) Motores de corrente contínua São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação.

b) Motores de corrente alternada São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Motor de indução: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas, encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de freqüência.

O UNIVERSO TECNOLÓGICO DE MOTORES ELÉTRICOS

Tabela 1.

1. Noções fundamentais

No diagrama acima são apresentados os tipos de motores mais utilizados. Motores para usos específicos e de aplicações reduzidas não foram relacionados

Este catálogo contém informações para a especificação correta de motores elétricos. Para garantir que a instalação, a operação e a manutenção sejam realizadas de maneira segura e adequada, seguir as instruções contidas no manual que acompanha o motor.

D-4 Motores Elétricos de Corrente Alternada

Circuitos de corrente alternada a) Resistência No caso de “resistências”, quanto maior a tensão da rede, maior será a corrente e mais depressa a resistência irá se aquecer. Isto quer dizer que a potência elétrica será maior. A potência elétrica absorvida da rede, no caso da resistência, é calculada multiplicando-se a tensão da rede pela corrente, se a resistência (carga), for monofásica.

P = U (^) f. I (^) f ( W )

No sistema trifásico a potência em cada fase da carga será P (^) f = U (^) f x I (^) f, como se fosse um sistema monofásico independente. A potência total será a soma das potências das três fases, ou seja:

P = 3P (^) f = 3. U (^) f. I (^) f

Lembrando que o sistema trifásico é ligado em estrela ou triângulo, temos as seguintes relações:

Ligação estrela: U = 3. U (^) f e I = I (^) f

Ligação triângulo: U = U (^) f e I = 3. I (^) f

Assim, a potência total, para ambas as ligações, será:

P = 3. U. I ( W ) OBS.: Esta expressão vale para a carga formada por resistências, onde não há defasagem da corrente.

b) Cargas reativas Para as “cargas reativas”, ou seja, onde existe defasagem, como é o caso dos motores de indução, esta defasagem tem que ser levada em conta e a expressão fica:

P = 3. U. I. cos ϕ ( W )

Onde U e I são, respectivamente, tensão e corrente de linha e cos ϕ é o ângulo entre a tensão e a corrente de fase. A unidade de medida usual para potência elétrica é o watt (W), correspondente a 1 volt x 1 ampère, ou seu múltiplo, o quilowatt = 1.000 watts. Esta unidade também é usada para medida de potência mecânica. A unidade de medida usual para energia elétrica é o quilo-watt- hora (kWh) correspondente à energia fornecida por uma potência de 1kW funcionando durante uma hora - é a unidade que aparece, para cobrança, nas contas de luz.

1.2.4 Potências aparente, ativa e reativa Potência aparente ( S ) É o resultado da multiplicação da tensão pela corrente ( S = U. I para sistemas monofásicos e S = 3. U. I, para sistemas trifásicos). Corresponde à potência que existiria se não houvesse defasagem da corrente, ou seja, se a carga fosse forma- da por resistências. Então,

P S = ( VA ) Cos ϕ

Evidentemente, para as cargas resistivas, cos ϕ = 1 e a potência ativa se confunde com a potência aparente. A unidade de medidas para potência aparente é o Vol-ampère (VA) ou seu múltiplo, o quilo-volt-ampère (kVA).

Potência ativa ( P ) É a parcela da potência aparente que realiza trabalho, ou seja, que é transformada em energia.

P = 3. U. I. cos ϕ ( W ) ou P = S. cos ϕ ( W )

Potência reativa ( Q ) É a parcela da potência aparente que “não” realiza trabalho. Apenas é transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito.

Q = 3. U. I sen ϕ ( VAr ) ou Q = S. sen ϕ ( VAr )

Triângulo de potências

Figura 1.2 - Triângulo de potências (carga indutiva)

1.2.5 Fator de potência O fator de potência, indicado por cosϕ, onde ϕ é o ângulo de defasagem da tensão em relação à corrente, é a relação entre a potência real (ativa) P e a potência aparente S (figura 1.2).

P P (kW). 1000 cos ϕ = = S 3. U. I

Assim, J (^) Carga Resistiva: cos ϕ = 1 J (^) Carga Indutiva: cos ϕ atrasado J (^) Carga Capacitiva: cos ϕ adiantado Os termos, atrasado e adiantado, referem-se à fase da corrente em relação à fase da tensão. Um motor não consome apenas potência ativa que é depois convertida em trabalho mecânico, mas também potência reativa, necessária para magnetização, mas que não produz trabalho. No diagrama da figura 1.3, o vetor P representa a potência ativa e o Q a potência reativa, que somadas resultam na potência aparente S. A relação entre potência ativa, medida em kW e a potência aparente medida em kVA, chama-se fator de potência.

Figura 1.3 - O fator de potência é determinado medindo-se a potência de entrada, a tensão e a corrente de carga nominal

Importância do fator de potência Visando otimizar o aproveitamento do sistema elétrico brasileiro, reduzindo o trânsito de energia reativa nas linhas de transmissão, subtransmissão e distribuição, a portaria do DNAEE número 85, de 25 de março de 1992, determina que o fator de potência de referência das cargas passasse dos então atuais 0,85 para 0,92. A mudança do fator de potência, dá maior disponibilidade de potência ativa no sistema, já que a energia reativa limita a capacidade de transporte de energia útil. O motor elétrico é uma peça fundamental, pois dentro das indús- trias, representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, é imprescindível a utilização de motores com potência e características bem adequadas à sua função. O fator de potência varia com a carga do motor. Os catálogos WEG indicam os valores típicos desta variação.

Correção do fator de potência O aumento do fator de potência é realizado, com a ligação de uma carga capacitiva, em geral, um capacitor ou motor síncrono super excitado, em paralelo com a carga. Por exemplo: Um motor elétrico, trifásico de 100cv (75kW), IV pólos, operando com 100% da potênci nominal, com fator de potência original de 0,87 e rendimento de 93,5%. O fator de potência desejado é de 0,95.

FATOR DE FATOR DE POTÊNCIA DESEJADO

Solução: Utilizando-se da tabela 1.2, na intersecção da linha 0,87 com a coluna de 0,95, obtém-se o valor de 0,238, que multiplicado pela potência do motor em kW, absorvida da rede pelo motor, resulta no valor da potência reativa necessária para elevar-se o fator de potência de 0,87 para 0,95. kVAr = P (cv) x 0,736 x F x 100% = 100 x 0,736 x 0,238 x 100% kVAr =18,735kVAr Rend. % 93,5% Tabela 1.2 - Correção do fator de potência Onde: kVAr = Potência trifásica do banco de capacitores a ser instalado

 - Motores Elétricos de Corrente Alternada D- 

• ORIGINAL 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, POTÊNCIA - 0,50 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, - 0,51 0,937 0,962 0,989 1,015 1,041 1,067 1,094 1,120 1,147 1,175 1,203 1,231 1,261 1,292 1,324 1,358 1,395 1,436 1,484 1,544 1, - 0,52 0,893 0,919 0,945 0,971 0,997 1,023 1,060 1,076 1,103 1,131 1,159 1,187 1,217 1,248 1,280 1,314 1,351 1,392 1,440 1,500 1, - 0,53 0,850 0,876 0,902 0,928 0,954 0,980 1,007 1,033 1,060 1,088 1,116 1,144 1,174 1,205 1,237 1,271 1,308 1,349 1,397 1,457 1, - 0,54 0,809 0,835 0,861 0,887 0,913 0,939 0,966 0,992 1,019 1,047 1,075 1,103 1,133 1,164 1,196 1,230 1,267 1,308 1,356 1,416 1, - 0,55 0,769 0,795 0,821 0,847 0,873 0,899 0,926 0,952 0,979 1,007 1,035 1,063 1,090 1,124 1,456 1,190 1,228 1,268 1,316 1,377 1, - 0,56 0,730 0,756 0,782 0,808 0,834 0,860 0,887 0,913 0,940 0,968 0,996 1,024 1,051 1,085 1,117 1,151 1,189 1,229 1,277 1,338 1, - 0,57 0,692 0,718 0,744 0,770 0,796 0,882 0,849 0,875 0,902 0,930 0,958 0,986 1,013 1,047 1,079 1,113 1,151 1,191 1,239 1,300 1, - 0,58 0,655 0,681 0,707 0,733 0,759 0,785 0,812 0,838 0,865 0,893 0,921 0,949 0,976 1,010 1,042 1,076 1,114 1,154 1,202 1,263 1, - 0,59 0,618 0,644 0,670 0,696 0,722 0,748 0,775 0,801 0,828 0,856 0,884 0,912 0,943 0,973 1,005 1,039 1,077 1,117 1,165 1,226 1, - 0,60 0,584 0,610 0,636 0,662 0,688 0,714 0,741 0,767 0,794 0,822 0,850 0,878 0,905 0,939 0,971 1,005 1,043 1,083 1,131 1,192 1, - 0,61 0,549 0,575 0,601 0,627 0,653 0,679 0,706 0,732 0,759 0,787 0,815 0,843 0,870 0,904 0,936 0,970 1,008 1,048 1,096 1,157 1, - 0,62 0,515 0,541 0,567 0,593 0,619 0,645 0,672 0,698 0,725 0,753 0,781 0,809 0,836 0,870 0,902 0,936 0,974 1,014 1,062 1,123 1, - 0,63 0,483 0,509 0,535 0,561 0,587 0,613 0,640 0,666 0,693 0,721 0,749 0,777 0,804 0,838 0,870 0,904 0,942 0,982 1,000 1,091 1, - 0,64 0,450 0,476 0,502 0,528 0,554 0,580 0,607 0,633 0,660 0,688 0,716 0,744 0,771 0,805 0,837 0,871 0,909 0,949 0,997 1,066 1, - 0,65 0,419 0,445 0,471 0,497 0,523 0,549 0576 0,602 0,629 0,657 0,685 0,713 0,740 0,774 0,806 0,840 0,878 0,918 0,966 1,027 1,
  • 0,66 0,388 0,414 0,440 0,466 0,492 0,518 0,545 0,571 0,598 0,26 0,654 0,692 0,709 0,742 0,755 0,809 0,847 0,887 0,935 0,996 1,
  • 0,67 0,358 0,384 0,410 0,436 0,462 0,488 0,515 0,541 0,568 0,596 0,624 0,652 0,679 0,713 0,745 0,779 0,817 0,857 0,906 0,966 1,
  • 0,68 0,329 0,355 0,381 0,407 0,433 0,459 0,486 0,512 0,539 0,567 0595 0,623 0,650 0,684 0,716 0,750 0,788 0,828 0,876 0,937 1,
  • 0,69 0,299 0,325 0,351 0,377 0,403 0,429 0,456 0,482 0,509 0,537 0,565 0,593 0,620 0,654 0,686 0,720 0,758 0,798 0,840 0,907 1,
  • 0,70 0,270 0,296 0,322 0,348 0,374 0,400 0,427 0,453 0,480 0,508 0,536 0,564 0,591 0,625 0,657 0,691 0,729 0,769 0,811 0,878 1,
  • 0,71 0,242 0,268 0,294 0,320 0,346 0,372 0,399 0,425 0,452 0,480 0,508 0,536 0,563 0,597 0,629 0,663 0,701 0,741 0,783 0,850 0,
  • 0,72 0,213 0,239 0,265 0,291 0,317 0,343 0,370 0,396 0,423 0,451 0,479 0,507 0,534 0,568 0,600 0,624 0,672 0,712 0,754 0,821 0,
  • 0,73 0,186 0,212 0,238 0,264 0,290 0,316 0,343 0,369 0,396 0,424 0,452 0,480 0,507 0,541 0,573 0,607 0,645 0,685 0,727 0,794 0,
  • 0,74 0,159 0,185 0,211 0,237 0,263 0,289 0,316 0,342 0,369 0,397 0,425 0,453 0,480 0,514 0,546 0,580 0,618 0,658 0,700 0,767 0,
  • 0,75 0,132 0,158 0,184 0,210 0,236 0,262 0,289 0,315 0,342 0,370 0,398 0,426 0,453 0,487 0,519 0,553 0,591 0,631 0,673 0,740 0,
  • 0,76 0,106 0,131 0,157 0,183 0,209 0,235 0,262 0,288 0,315 0,343 0,371 0,399 0,426 0,460 0,492 0,526 0,564 0,604 0,652 0,713 0,
  • 0,77 0,079 0,106 0,131 0,157 0,183 0,209 0,236 0,262 0,289 0,317 0,345 0,373 0,400 0,434 0,466 0,500 0,538 0,578 0,620 0,686 0,
  • 0,78 0,053 0,079 0,105 0,131 0,157 0,183 0,210 0,236 0,263 0,291 0,319 0,347 0,374 0,408 0,440 0,474 0,512 0,562 0,594 0,661 0,
  • 0,79 0,026 0,062 0,078 0,104 0,130 0,153 0,183 0,209 0,236 0,264 0,292 0,320 0,347 0,381 0,403 0,447 0,485 0,525 0,567 0,634 0,
  • 0,80 0,000 0,026 0,062 0,078 0,104 0,130 0,157 0,183 0,210 0,238 0,266 0,264 0,321 0,355 0,387 0,421 0,459 0,499 0,541 0,608 0,
  • 0,81 0,000 0,026 0,062 0,078 0,104 0,131 0,157 0,184 0,212 0,240 0,268 0,295 0,329 0,361 0,395 0,433 0,473 0,515 0,582 0,
  • 0,82 0,000 0,026 0,062 0,078 0,105 0,131 0,158 0,186 0,214 0,242 0,269 0,303 0,335 0,369 0,407 0,447 0,496 0,556 0,
  • 0,83 0,000 0,026 0,062 0,079 0,105 0,132 0,160 0,188 0,216 0,243 0,277 0,309 0,343 0,381 0,421 0,463 0,536 0,
  • 0,84 0,000 0,026 0,053 0,079 0,106 0,14 0,162 0,190 0,217 0,251 0,283 0,317 0,355 0,395 0,437 0,504 0,
  • 0,85 0,000 0,027 0,053 0,080 0,108 0,136 0,164 0,194 0,225 0,257 0,191 0,229 0,369 0,417 0,476 0,
  • 0,86 0,000 0,026 0,053 0,081 0,109 0,137 0,167 0,198 0,230 0,265 0,301 0,343 0,390 0,451 0,
  • 0,87 0,027 0,055 0,082 0,111 0,141 0,172 0,204 0,238 0,275 0,317 0,364 0,425 0,
  • 0,88 0,028 0,056 0,084 0,114 0,145 0,177 0,211 0,248 0,290 0,337 0,398 0,
  • 0,89 0,028 0,056 0,086 0,117 0,149 0,183 0,220 0,262 0,309 0,370 0,
  • 0,90 0,028 0,058 0,089 0,121 0,155 0,192 0,234 0,281 0,342 0,
  • 0,91 0,030 0,061 0,093 0,127 0,164 0,206 0,253 0,314 0,
  • 0,92 0,031 0,063 0,097 0,134 0,176 0,223 0,284 0,
  • 0,93 0,032 0,068 0,103 0,145 0,192 0,253 0,
  • 0,94 0,034 0,071 0,113 0,160 0,221 0,
  • 0,95 0,037 0,079 0,126 0,187 0,
  • 0,96 0,042 0,089 0,149 0,
  • 0,97 0,047 0,108 0,
  • 0,98 0,061 0,
  • 0,99 0,
• F = fator obtido na tabela 1. P(cv) = Potência nominal do motor

Motores Elétricos de Corrente Alternada D-

Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, teremos um sistema trifásico: três tensões U 1 , U 2 e U 3 equilibradas, defasadas entre si de 120 o^ e aplicadas entre os três fios do sistema. A ligação pode ser feita de duas maneiras, representadas nos esquemas seguintes. Nestes esquemas, costuma-se representar as tensões com setas inclinadas ou vetores girantes, mantendo entre si o ângulo correspondente à de- fasagem (120 o), conforme figuras 1.7a, b e c, e figuras 1.8a, b e c.

1.4.1 Ligação triângulo Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como indicam as figuras 1.7a, b e c, podemos eliminar três fios, deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema trifásico ficará reduzido a três fios L 1 , L 2 e L 3.

Tensão de linha ( U ) É a tensão nominal do sistema trifásico aplicada entre dois quaisquer dos três fios L 1 , L 2 e L 3.

Figura 1.7a - Ligações

Figura 1.7b - Esquema Figura 1.7c - Diagrama

Corrente de linha ( I) É a corrente em qualquer um dos três fios L 1 , L 2 e L 3.

Tensão e corrente de fase ( U (^) f e I (^) f ) É a tensão e corrente de cada um dos três sistemas monofásicos considerados.

Examinando o esquema da figura 1.7b, vê-se que:

U = U 1

I = 3. I (^) f = 1,732 I (^) f I = I (^) f1 + I (^) f3 (figura 1.7c)

Exemplo: Temos um sistema equilibrado de tensão nominal 220 volts. A corrente de linha medida é 10 ampères. Ligando a este sistema uma carga trifásica composta de três cargas iguais ligadas em triângulo, qual a tensão e a corrente em cada uma das cargas?

Temos U (^) f = U 1 = 220 volts em cada uma das cargas.

Se I = 1,732. I (^) f, temos I (^) f = 0,577. I = 0,577. 10 = 5,77 ampères em cada uma das cargas.

1.4.2 Ligação estrela Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um ponto comum aos três, os três fios restantes formam um sistema trifásico em estrela (figura 1.8a). Às vezes, o sistema trifásico em estrela é “a quatro fios” ou “com neutro”. O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases. A tensão de linha ou tensão nominal do sistema trifásico e a corrente de linha, são definidas do mesmo modo que na ligação triângulo.

Figura 1.8a - Ligações

Figura 1.8b - Esquema Figura 1.8c - Diagrama

Examinando o esquema da figura 1.8b, vê-se que:

I = I (^) f

U = 3. U (^) f = 1,732 U (^) f U = Uf 1 + Uf 2 (figura 1.8c)

Figura 1.

D-8 Motores Elétricos de Corrente Alternada

Exemplo: Temos uma carga trifásica composta de três cargas iguais; cada carga é feita para ser ligada a uma tensão de 220 volts, absorvendo 5,77 ampères. Qual a tensão nominal do sistema trifásico que alimenta estas cargas ligadas em estrela em suas condições normais (220 volts e 5,77 ampères)? Qual a corrente de linha? Temos U (^) f = 220 volts (normal de cada carga) U = 1,732. 220 = 380 volts I = I (^) f = 5,77 ampères

1.5 Motor de indução trifásico O motor de indução trifásico (figura 1.9) é composto fundamen- talmente de duas partes: estator e rotor.

Figura 1.

Estator J (^) Carcaça ( 1 ) - é a estrutura suporte do conjunto; de construção

robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas. J (^) Núcleo de chapas ( 2 ) - as chapas são de aço magnético,

tratatas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro. J (^) Enrolamento trifásico ( 8 ) - três conjuntos iguais de bobinas,

uma para cada fase, formando um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação.

Rotor J (^) Eixo ( 7 ) - transmite a potência mecânica desenvolvida pelo

motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga. J (^) Núcleo de chapas ( 3 ) - as chapas possuem as mesmas

características das chapas do estator. J (^) Barras e anéis de curto-circuito ( 12 ) - são de alumínio injetado

sob pressão numa única peça.

Outras partes do motor de indução trifásico: J (^) Tampa ( 4 ) J (^) Ventilador ( 5 ) J (^) Tampa defletora ( 6 ) J (^) Caixa de ligação ( 9 ) J (^) Terminais ( 10 ) J (^) Rolamentos ( 11 )

O foco deste manual é o “motor de gaiola”, cujo rotor é constituído de um conjunto de barras não isoladas e interligadas por anéis de curto-circuito. O que caracteriza o motor de indução é que só o estator é ligado à rede de alimentação. O rotor não é alimentado externamente e as correntes que circulam nele, são induzidas eletromagneticamente pelo estator, donde o seu nome de motor de indução.

1.5.1 Princípio de funcionamento - campo girante Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um campo magnético dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional à corrente.

Figura 1.10a Figura 1.10b

a) Na figura 1.10a é indicado um “enrolamento monofásico” atravessado por uma corrente I, e o campo H é criado por ela; o enrolamento é constituído de um par de pólos (um pólo “norte” e um pólo “sul”), cujos efeitos se somam para estabelecer o campo H. O fluxo magnético atravessa o rotor entre os dois pólos e se fecha através do núcleo do estator. Se a corrente I é alternada, o campo H também é, e o seu valor a cada instante será representando pelo mesmo gráfico da figura 1.4b, inclusive invertendo o sentido em cada meio ciclo. O campo H é “pulsante” pois, sua intensidade “varia” proporcionalmente à corrente, sempre na “mesma” direção norte-sul.

b) Na figura 1.10b é indicado um “enrolamento trifásico”, que é composto por três monofásicos espaçados entre si de 120 o. Se este enrolamento for alimentado por um sistema trifásico, as correntes I 1 , I 2 e I 3 criarão, do mesmo modo, os seus próprios campos magnéticos H 1 , H 2 e H 3. Estes campos são espaçados entre si de 120 o. Além disso, como são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no tempo, também de 120 o^ entre si e podem ser representandos por um gráfico igual ao da figura 1.6. O campo total H resultante, a cada instante, será igual à soma gráfica dos três campos H 1 , H 2 e H 3 naquele instante.

Na figura 1.11, representamos esta soma gráfica para seis instan- tes sucessivos.

Figura 1.

No instante ( 1 ), a figura 1.6, mostra que o campo H 1 é máximo e os campos H 2 e H 3 são negativos e de mesmo valor, iguais a 0,5. Os três campos são representados na figura 1.11 ( 1 ), parte superior, levando em conta que o campo negativo é representado por uma seta de sentido oposto ao que seria normal; o campo resultante (soma gráfica) é mostrado na parte inferior da figura 1. ( 1 ), tendo a mesma direção do enrolamento da fase 1. Repetindo a construção para os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da figura 1.6, observa-se que o campo resultante H tem intensidade “constan- te”, porém sua direção vai “girando”, completando uma volta no fim de um ciclo. Assim, quando um enrolamento trifásico é alimentado por cor- rentes trifásicas, cria-se um “campo girante”, como se houvesse um único par de pólos girantes, de intensidade constante. Este campo girante, criado pelo enrolamento trifásico do estator, induz tensões nas barras do rotor (linhas de fluxo cortam as barras do rotor) as quais geram correntes, e conseqüentemente, um campo no rotor, de polaridade oposta à do campo girante. Como campos opostos se atraem e como o campo do estator (campo girante) é rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotação deste campo. Desenvolve-se então, no rotor, um conjugado motor que faz com que ele gire, acionando a carga.

D-10 Motores Elétricos de Corrente Alternada

1.6.3 Classes Térmicas A durabilidade da isolação de um produto eletromecânico é afetada por muitos fatores tais como temperatura, esforços elétricos e mecânicos, vibração, atmosfera agressiva, umidade, pó e radiação. Como a temperatura em produtos eletromecânicos é freqüentemente o fator predominante para o envelhecimento do material isolante e do sistema de isolação, certas classificações térmicas básicas são úteis e reconhecidas mundialmente. O que diferencia as classes de isolação são os materiais isolantes utilizados. Os materiais e sistemas isolantes são classificados conforme a resistência à temperatura por longo período de tempo. As normas citadas a seguir referem-se à classificação de materiais e sistemas isolantes:

As classes térmicas são as seguintes:

Durante a fabricação do motor, os fios são submetidos a esforços mecânicos de tração, flexão e abrasão. Em funcionamento, os efeitos térmicos e elétricos agem também sobre o material isolante do fio. Por essa razão, ele deve ter uma boa isolação mecânica, térmica e elétrica. O esmalte utilizado atualmente nos fios garante essas propriedades, sendo a propriedade mecânica assegurada pela camada externa do esmalte que resiste a forças de abrasão durante a inserção do mesmo nas ranhuras do estator. A camada de esmalte interna garante alta rigidez dielétrica e o conjunto atribui classe 200ºC ao fio (UL File E234451). Esse fio é utilizado em todos os motores classe B, F e H , com exceção dos motores acionados por inversores de freqüência. Neste utiliza-se fio especial. Também nos motores para extração de fumaça (Smoke Extraction Motor) o fio é especial para altíssimas temperaturas.

Os filmes e laminados isolantes têm função de isolar termicamente e eletricamente partes da bobina do motor. Como a vida útil do motor depende quase que exclusivamente da vida útil da isolação, aplica-se o material adequado para cada classe de motor. Esses filmes e laminados são aplicados nos seguintes pontos: J (^) entre a bobina e a ranhura para isolar o pacote de chapas de aço (terra) da bobina de fios esmaltados; J (^) entre as fases para isolar eletricamente uma fase da bobina da outra fase; J (^) 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. Os filmes e laminados utilizados são à base de aramida e poliéster.

As classes de temperaturas acima de 250ºC são designadas de acordo com a temperatura. Especifica-se que em um equipamento eletromecânico, a classe térmica representa a temperatura máxima que o equipamento pode alcançar no seu ponto mais quente, ao estar operando em carga nominal. A classificação térmica de um material ou sistema é baseada na comparação com sistemas ou material de referência conhecidos. No entanto, nos casos em que não se conhece nenhum material de referência, a classe térmica pode ser obtida extrapolando a curva de durabilidade térmica ( Gráfico de Arrhenius ) para um dado tempo ( IEC 216 especifica 20.000 horas ).

1.6.4 Materiais Isolantes em Sistemas de Isolação A especificação de um produto numa determinada classe térmica não significa e não implica que cada material isolante usado na sua construção tenha a mesma capacidade térmica ( classe térmica ). O limite de temperatura para um sistema de isolação não pode ser diretamente relacionado à capacidade térmica dos materiais individuais nesse sistema. Num sistema, a performance térmica de um material pode ser melhorada através de características protetivas de certos materiais usados com esse material. Por exemplo, um material classe 155ºC pode ter o seu desempenho melhorado quando o conjunto é impregnado com verniz classe 180ºC.

1.6.5 Sistemas de Isolação WEG Para atender as várias exigências do mercado e aplicações específicas, aliadas a um excelente desempenho técnico, nove sistemas de isolação são utilizados nos diversos motores WEG. O fio circular esmaltado é um dos componentes mais importantes do motor, pois é a corrente elétrica circulando por ele que cria o campo magnético necessário para o funcionamento do motor.

Fig.1.12 – Fios e Filmes aplicados no estator

Os vernizes e resinas de impregnação têm como principal função manter unidos entre si todos os fios esmaltados da bobina com todos os componentes do estator através da aglutinação pelo verniz ou resina. Essa aglutinação impede que os fios vibrem e atritem entre si. Esse atrito poderia provocar falhas no esmalte do fio levando-o a um curto circuito. A aglutinação ajuda ainda na dissipação térmica do calor gerado pelo condutor. Utiliza-se atualmente dois tipos de vernizes e dois tipos de resinas de impregnação, todos à base de poliéster, para atender às necessidades construtivas e de aplicação dos motores. A resina de silicone é utilizada apenas para motores especiais projetados para altíssimas temperaturas. Os vernizes e resinas melhoram as características térmica e elétrica dos materiais impregnados podendo-se atribuir uma classe térmica maior aos materiais impregnados, quando comparados a esses mesmos materiais sem impregnação. Também atuam como proteção da bobina e partes dela contra ambientes úmidos, marítimos e produtos químicos. Os vernizes são aplicados pelo processo de imersão e posterior cura em estufa e as resinas (isentas de solventes) são aplicadas pelo processo de Fluxo Contínuo.

Temperatura máxima Classes de Temperatura IEC 85 UL 1446 90 ºC Y (90ºC) - 105 ºC A (105ºC) - 120 ºC E (120ºC) 120 ( E ) 130 ºC B (130ºC) 130 ( B ) 155 ºC F (155ºC) 155 ( F ) 180 ºC H (180ºC) 180 ( H ) 200 ºC 200 (200ºC) 200 ( N ) 220 ºC 220 (220ºC) 220 ( R ) 240 ºC - 240 ( S ) 250 ºC 250 (250ºC) acima 240 ºC

Materiais Sistemas Materiais e Sistemas UL 746B UL 1446 IEC 85 IEC 216 UL 1561 / 1562 IEC 505 IEEE 117

Motores Elétricos de Corrente Alternada D-

Fig. 1.12.3 – Fluxo contínuo de resina

Fig. 1.12.1 – Impregnação por Imersão

Os cabos de ligação são construídos com materiais isolantes elastoméricos. Esses materiais têm única e exclusivamente a função de isolar eletricamente o condutor do meio externo. Eles têm alta resistência elétrica aliada à adequada flexibilidade para permitir o fácil manuseio durante o processo de fabricação, como durante a instalação e manutenção do motor. Os cabos de ligação são especificados conforme a classe térmica do motor, e conforme o meio em que o motor irá ser aplicado. Um exemplo é o motor para bombas submersas em que o cabo deve ser quimicamente resistente ao óleo da bomba.

Os tubos flexíveis têm a função de cobrir e isolar eletricamente as soldas das conexões entre os fios da bobina e o cabo de ligação, ou entre fios. Eles são flexíveis para permitir que se moldem aos pontos de solda e à amarração da cabeça da bobina, e possuem boa resistência elétrica. Utilizam-se atualmente três tipos de tubos: J (^) Tubo com trama de poliéster recoberto com resina acrílica –

Classe 155ºC J (^) Tubo com trama de fibra de vidro recoberto com borracha de

silicone Classe 180ºC J (^) Tubo de poliéster termoencolhível – Classe 130ºC

Motores Elétricos de Corrente Alternada D-

Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão nominal (dupla) mais comum, é 220/440V, ou seja, o motor é religado na ligação paralela quando alimentado com 220V e na ligação série quando alimentado em 440V. As figura 2.5a e 2.5b mostram a numeração normal dos terminais e os esquemas de ligação para estes tipos de motores, tanto para motores ligados em estrela como em triângulo. Os mesmos esquemas servem para outras duas tensões quaisquer, desde que uma seja o dobro da outra, por exemplo, 230/460V

b) Ligação estrela-triângulo O enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do motor. Se ligarmos as três fases em triângulo, cada fase receberá a tensão da linha, por exemplo, 220V (figura 2.6). Se ligarmos as três fases em estrela, o motor pode ser ligado a uma linha de tensão igual a 220 x 3 = 380 volts sem alterar a tensão no enrolamento que continua igual a 220 volts por fase, pois, U (^) f = U 3

Figura 2.6 - Ligação estrela-triângulo Y - Δ

Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual à primeira multiplicada por 3. Exemplos: 220/380V - 380/660V - 440/760V Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a tensão maior declarada só serve para indicar que o motor pode ser acionado através de uma chave de partida estrela-triângulo. Motores que possuem tensão nominal de operação acima de 600V deverão possuir um sistema de isolação especial, apto a esta condição.

c) Tripla tensão nominal Podemos combinar os dois casos anteriores: o enrolamento de cada fase é dividido em duas metades para ligação série-paralelo. Além disso, todos os terminais são acessíveis para podermos ligar as três fases em estrela ou triângulo. Deste modo, temos quatro combinações possíveis de tensão nominal:

1. Ligação triângulo paralelo;

2. Ligação estrela paralela, sendo igual a 3 vezes a primeira;

3. Ligação triângulo série, valendo o dobro da primeira;

4. Ligação estrela série, valendo 3 vezes a terceira. Mas, como esta tensão seria maior que 600V, é indicada apenas como referência de ligação estrela-triângulo. Exemplo: 220/380/440(760) V Obs: 760V (Somente para partida) Este tipo de ligação exige 12 terminais e a figura 2.7 mostra a numeração normal dos terminais e o esquema de ligação para as três tensões nominais.

Figura 2.

2.3 Freqüência nominal (Hz) É a freqüência da rede para a qual o motor foi projetado.

2.3.1 Ligação em freqüências diferentes Motores trifásicos bobinados para 50Hz poderão ser ligados também em rede de 60Hz.

a) Ligando o motor de 50Hz, com a mesma tensão, em 60Hz J (^) a potência do motor será a mesma; J (^) a corrente nominal é a mesma; J (^) a corrente de partida diminui em 17%; J (^) Cp/Cn diminui em 17%; J (^) Cm/Cn diminui em 17%; J (^) a velocidade nominal aumenta em 20%.

Nota: Deverão ser observados os valores de potência requeridos, para motores que acionam equipamentos que possuem conjugados variáveis com a rotação.

b) Se alterar a tensão em proporção à freqüência: J (^) aumenta a potência do motor 20%; J (^) a corrente nominal é a mesma; J (^) a corrente de partida será aproximadamente a mesma; J (^) o conjugado de partida será aproximadamente o mesmo; J (^) o conjugado máximo será aproximadamente o mesmo; J (^) a rotação nominal aumenta 20%.

Quando o motor for ligado em 60Hz com a bobinagem 50Hz, poderemos aumentar a potência em 15% para II pólos e 20% para IV, VI e VIII pólos.

2.4 Tolerância de variação de tensão e freqüência Conforme norma NBR 7094:1996 (cap. 4 - item 4.3.3). Para os motores de indução, as combinações das variações de tensão e de freqüência são classificadas como Zona A ou Zona B, conforme figura 2.8.

Figura 2.8 - Limites das variações de tensão e de freqüência em funcionamento

Um motor deve ser capaz de desempenhar sua função principal continuamente na Zona A, mas pode não atender completamente às suas características de desempenho à tensão e freqüência nominais (ver ponto de características nominais na figura 2.8), apresentando alguns desvios. As elevações de temperatura podem ser superiores àquelas à tensão e freqüência nominais. Um motor deve ser capaz de desempenhar sua função principal na Zona B, mas pode apresentar desvios superiores àqueles da Zona A no que se refere às características de desempenho à tensão e freqüência nominais. As elevações de temperatura podem ser superiores às verificadas com tensão e freqüência nominais e muito provavelmente superiores àquelas da Zona A. O funcionamento prolongado na periferia da Zona B não é recomendado.

D-14 Motores Elétricos de Corrente Alternada

2.5.2 Partida com chave estrela-triângulo ( Y - Δ )

É fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V, em 380/660V ou 440/760V. Os motores deverão ter no mínimo seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugado do motor é suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida. Na ligação estrela, a corrente fica reduzida para 25 a 33% da corrente de partida na ligação triângulo. O conjugado resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de partida do motor (figura 2.9), nem a corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor inaceitável. Existem casos onde este sistema de partida não pode ser usado, conforme demonstra a figura 2.10.

2.5 Limitação da corrente de partida em motores trifásicos

2.5.1 Partida direta

A partida de um motor trifásico de gaiola, deverá ser direta, por meio de contatores. Deve-se ter em conta que para um determinado motor, as curvas de conjugado e corrente são fixas, independente da carga, para uma tensão constante. No caso em que a corrente de partida do motor é elevada podem ocorrer as seguintes conseqüências prejudiciais: a) Elevada queda de tensão no sistema de alimentação da rede. Em função disto, provoca a interferência em equipamentos instalados no sistema; b) O sistema de proteção (cabos, contatores) deverá ser superdimensionado, ocasionando um custo elevado; c) A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de tensão da rede. Caso a partida direta não seja possível, devido aos problemas citados acima, pode-se usar sistema de partida indireta para reduzir a corrente de partida: J (^) chave estrela-triângulo

J (^) chave compensadora

J (^) chave série-paralelo

J (^) partida eletrônica (soft-starter)

Figura 2.9 - Corrente e conjugado para partida estrela-triângulo de um motor de gaiola acionando uma carga com conjugado resistente Cr.

I Δ - corrente em triângulo

I y - corrente em estrela Cy - conjugado em estrela

C Δ - conjugado em triângulo

Cr - conjugado resistente

sobrecarga

D-16 Motores Elétricos de Corrente Alternada

2.5.4 Comparação entre chaves estrela-triângulo e compensadoras “automáticas”

1. Estrela triângulo (automática)

Vantagens a) A chave estrela-triângulo é muito utilizada por seu custo reduzido. b) Não tem limite quanto ao seu número de manobras. c) Os componentes ocupam pouco espaço. d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3.

Desvantagens a) A chave só pode ser aplicada a motores cujos seis bornes ou terminais sejam acessíveis. b) A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor. c) Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/ da corrente nominal, reduz-se também o momento de partida para 1/3. d) Caso o motor não atinja pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo será quase como se fosse uma partida direta, o que se torna prejudicial aos contatos dos contatores e não traz nenhuma vantagem para a rede elétrica.

2. Chave compensadora (automática)

Vantagens a) No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente igual à da chave estrela-triângulo, entretanto, na passagem da tensão reduzida para a tensão da rede, o motor não é desligado e o segundo pico é bem reduzido, visto que o auto-transformador por curto tempo se torna uma reatância. b) É possível a variação do tap de 65 para 80% ou até para 90% da tensão da rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente.

Desvantagens a) A grande desvantagem é a limitação de sua freqüência de manobras. Na chave compensadora automática é sempre necessário saber a sua freqüência de manobra para determinar o auto-transformador conveniente. b) A chave compensadora é bem mais cara do que a chave estrela-triângulo, devido ao auto-transformador. c) Devido ao tamanho do auto-transformador, a construção se torna volumosa, necessitando quadros maiores, o que torna o seu preço elevado.

sob carga. Ela reduz a corrente de partida, evitando uma sobrecarga no circuito, deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. A tensão na chave compensadora é reduzida através de autotransformador que possui normalmente taps de 50, 65 e 80% da tensão nominal. Para os motores que partirem com uma tensão menor que a tensão nominal, a corrente e o conjugado de partida devem ser multiplicados pelos fatores K 1 (fator de multiplicação da corrente) e K 2 (fator de multiplicação do conjugado) obtidos no gráfico da figura 2.13.

RELAÇÃO DE TENSÕES

Figura 2.13 - Fatores de redução K 1 e K 2 em função das relações de tensão do motor e da rede Um /Un

Exemplo: Para 85% da tensão nominal

I (^) p I (^) p I (^) p ( —— ) = K 1. ( —— ) = 0,8 ( —— ) I (^) n 85% I (^) n 100% I (^) n 100%

C C C ( —— ) = K 2. ( —— ) = 0,66 ( —— ) C (^) n 85% C (^) n 100% C (^) n 100%

Figura 2.14 - Exemplo das características de desempenho de um motor de 425cv, VI pólos, quando parte com 85% da tensão

Motores Elétricos de Corrente Alternada D-

2.5.6 Partida eletrônica (soft-starter) O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de partida a estado sólido, a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR) (ou combinações de tiristores/diodos), um em cada borne de potência do motor. O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente para aplicar uma tensão variável aos terminais do motor durante a aceleração. No final do período de partida, ajustável tipicamente entre 2 e 30 segundos, a tensão atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida (na linha) próxima da nominal e com suave variação. Além da vantagem do controle da tensão (corrente) durante a partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco, como nas chaves mecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil torna-se mais longa.

Execução Tensão Partida Partida Partida Partida dos de com chave com chave com chave com enrolamentos serviço estrela- compensadora série- Soft-starter triângulo paralela 220/380 V 220V SIM SIM NÃO SIM 380V NÃO SIM NÃO SIM 220/440V 220V/230V/ NÃO SIM SIM SIM 230/460V 440V/460V NÃO SIM NÃO SIM 380/660V 380V SIM SIM NÃO SIM 220/380/440V 220V SIM SIM SIM SIM 380 NÃO SIM SIM SIM 440 SIM SIM NÃO SIM

Tabela 2.1 - Métodos de Partida x Motores

2.6 Sentido de rotação de motores de indução trifásicos Um motor de indução trifásico trabalhará em qualquer sentido dependendo da conexão com a fonte elétrica. Para inverter o sentido de rotação, inverte-se qualquer par de conexões entre motor e fonte elétrica. Os motores WEG possuem ventilador bidirecional, proporcionando sua operação em qualquer sentido de rotação, sem prejudicar a refrigeração do motor. Motores sem ventilador, mas ventilados pela própria carga (ventilador como carga), deverão atender a ventilação necessária ao motor, independente do sentido de rotação. Em caso de dúvidas, consulte a WEG.

2.5.5 Partida com chave série-paralelo

Para partida em série-paralelo é necessário que o motor seja religável para duas tensões, a menor delas igual a da rede e a outra duas vezes maior. Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão nominal mais comum é 220/440V, ou seja: durante a partida o motor é ligado na configuração série até atingir sua rotação nominal e, então, faz-se a comutação para a configuração paralelo.

Motores Elétricos de Corrente Alternada D-

Categoria NY Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria N, porém, previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores categoria N.

Categoria HY Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria H, porém. previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores de categoria H.

Os valores mínimos de conjugado exigidos para motores das categorias N e H (4, 6 e 8 pólos), especificados pela norma NBR 7094, são mostrados nas tabelas 3.1 e 3.2.

Para motores da categoria D, de 4, 6 e 8 pólos e potência nominal igual ou inferior a 150cv, tem-se, segundo a NBR 7094, que: a razão do conjugado com rotor bloqueado (C (^) p) para con- jugado nominal (C (^) n) não deve ser inferior a 2,75. A norma não especifica os valores de C (^) mín e C (^) máx. A NBR 7094 não especifica os valores mínimos de conjugados exigidos para motores 2 pólos, categorias H e D.

Número de pólos 2 4 6 8 Faixa de potências nominais C (^) p /Cn Cmín /C (^) n C (^) máx /Cn Cp /Cn Cmín/Cn C (^) máx /C (^) n Cp /Cn Cmín /C (^) n C (^) máx /Cn Cp /Cn Cmín /C (^) n C (^) máx /C n kW cv pu

0,36 < 0,63 > 0,5 < 0,86 1,9 1,3 2,0 2,0 1,4 2,0 1,7 1,2 1,7 1,5 1,1 1, 0,63 < 1,0 > 0,86 < 1,4 1,8 1,2 2,0 1,9 1,3 2,0 1,7 1,2 1,8 1,5 1,1 1, 1,0 ≤< 1,6 > 1,4 < 2,2 1,8 1,2 2,0 1,9 1,3 2,0 1,6 1,1 1,9 1,4 1,0 1, 1,6 ≤< 2,5 > 2,2 <≤3,4 1,7 1,1 2,0 1,8 1,2 2,0 1,6 1,1 1,9 1,4 1,0 1, 2,5 ≤< 4,0 > 3,4 < 5,4 1,6 1,1 2,0 1,7 1,2 2,0 1,5 1,1 1,9 1,3 1,0 1, 4,0 <≤6,3 > 5,4 <≤8,6 1,5 1,0 2,0 1,6 1,1 2,0 1,5 1,1 1,9 1,3 1,0 1, 6,3 <≤10 > 8,6 < 14 1,5 1,0 2,0 1,6 1,1 2,0 1,5 1,1 1,8 1,3 1,0 1, 10 < 16 > 14 < 22 1,4 1,0 2,0 1,5 1,1 2,0 1,4 1,0 1,8 1,2 0,9 1, 16 < 25 > 22 < 34 1,3 0,9 1,9 1,4 1,0 1,9 1,4 1,0 1,8 1,2 0,9 1, 25 < 40 > 34 < 54 1,2 0,9 1,9 1,3 1,0 1,9 1,3 1,0 1,8 1,2 0,9 1, 40 <≤63 > 54 <≤86 1,1 0,8 1,8 1,2 0,9 1,8 1,2 0,9 1,7 1,1 0,8 1, 63 ≤< 100 >86 < 136 1,0 0,7 1,8 1,1 0,8 1,8 1,1 0,8 1,7 1,0 0,7 1, 100 < 160 > 136 <≤217 0,9 0,7 1,7 1,0 0,8 1,7 1,0 0,8 1,7 0,9 0,7 1, 160 < 250 > 217 < 340 0,8 0,6 1,7 0,9 0,7 1,7 0,9 0,7 1,6 0,9 0,7 1, 250 < 400 > 340 < 543 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1,6 0,75 0,6 1, 400 <≤630 > 543 <≤856 0,65 0,5 1,6 0,65 0,5 1,6 0,65 0,5 1,6 0,65 0,5 1,

Tabela 3.2 – Conjugado com rotor bloqueado (C (^) p ), conjugado mínimo de partida (C (^) mín ) e máximo ( C (^) máx ), para motores de categoria H, relativos ao conjugado nominal (Cn ).

Tabela 3.2 – Conjugado com rotor bloqueado (Cp ), conjugado mínimo de partida (Cmín ) e máximo ( Cmáx ), para motores de categoria H, relativos ao conjugado nominal (Cn ).

Notas: a) os valores de C (^) p /C (^) n são iguais a 1, 5 vezes os valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 2,0; b) os valores de C (^) mín /C (^) n são iguais a 1,5 vezes os valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 1,4; c) os valores de C (^) máx /C (^) n são iguais aos valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 1,9 ou ao valorcorrespondente de Cmín /Cn.

Número de pólos 4 6 8 Faixa de potências nominais C (^) p C (^) mín C (^) máx C (^) p C (^) mín C (^) máx C (^) p C (^) mín C (^) máx

kW cv pu

0,4 < 0,63 > 0,54 ≤< 0,63 3,0 2,1 2,1 2,55 1,8 1,9 2,25 1,65 1, 0,63 ≤< 1,0 > 0,86 ≤< 1,4 2,85 1,95 2,0 2,55 1,8 1,9 2,25 1,65 1, 1,0 ≤< 1,6 > 1,4 ≤< 2,2 2,85 1,95 2,0 2,4 1,65 1,9 2,1 1,5 1, 1,6 ≤< 2,5 > 2,2 ≤< 3,4 2,7 1,8 2,0 2,4 1,65 1,9 2,1 1,5 1, 2,5 ≤< 4,0 > 3,4 ≤< 5,4 2,55 1,8 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1, 4,0 ≤< 6,3 > 5,4 ≤< 8,6 2,4 1,65 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1, 6,3 ≤< 10 > 8,6 ≤< 14 2,4 1,65 2,0 2,25 1,65 1,9 2,0 1,5 1, 10 ≤< 16 > 14 ≤< 22 2,25 1,65 2,0 2,1 1,5 1,9 2,0 1,4 1, 16 ≤< 25 > 22 ≤< 34 2,1 1,5 1,9 2,1 1,5 1,9 2,0 1,4 1, 25 ≤< 40 > 34 ≤< 54 2,0 1,5 1,9 2,0 1,5 1,9 2,0 1,4 1, 40 ≤< 63 > 54 ≤< 86 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1, 63 ≤< 100 >86 ≤< 140 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1, 100 ≤< 160 > 140 ≤< 220 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,9 2,0 1,4 1,

D-20 Motores Elétricos de Corrente Alternada

3.1.3 Características dos motores WEG Embora os motores WEG sejam, na sua maioria, declarados como pertencendo à categoria N, a exemplo da maioria dos motores encontrados no mercado, os valores reais típicos dos conjugados excedem em muito os exigidos em norma. Na maioria dos casos excedem até mesmo, os mínimos exigidos para a categoria H. Isto significa uma curva conjugado x velocidade bastante alta, trazendo as seguintes vantagens:

1. Rápida aceleração em caso de partida pesada, como bombas de pistão, esteiras carregadas, cargas de alta inércia, compressores com válvulas abertas, etc.
2. Atendimentos de casos especiais, como os mencionados acima, com motores padrão de estoque, com vantagens de preço, prazo e entrega.
3. Permitem o uso de sistemas de partida com tensão reduzida, como chaves estrela-triângulo, em casos normais, sem prejuízo da perfeita aceleração da carga.
4. Devido ao elevado valor do conjugado máximo, enfrentam, sem perda brusca de rotação, os picos momentâneos de carga e as quedas de tensão passageiras. Isto é fundamental para o acionamento de máquinas sujeitas a grandes picos de carga, como britadores, calandras, etc.

3.2 Inércia da carga O momento de inércia da carga acionada é uma das característi- cas fundamentais para verificar, através do tempo de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro das condições exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade térmica do material isolante. Momento de inércia é uma medida da resistência que um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de rotação em torno de um dado eixo. Depende do eixo em torno do qual ele está girando e, também, da forma do corpo e da maneira como sua massa está distribuída. A unidade do momento de inércia é kgm 2. O momento de inércia total do sistema é a soma dos momentos de inércia da carga e do motor ( J (^) t = J (^) m + J (^) c ). No caso de uma máquina que tem “rotação diferente do motor” (por exemplo, nos casos de acionamento por polias ou engrenagens), deverá ser referida a rotação nominal do motor conforme abaixo:

MOMENTO DE INÉRCIA EM ROTAÇÕES DIFERENTES

Figura 3.3 - Momento de inércia em rotações diferentes

N (^) c J (^) ce = J (^) c ( ) 2 ( kgm 2 ) N (^) n

Figura 3.4 - Momento de inércia em velocidades diferentes

N (^) c N 1 N 2 N (^3) J (^) ce = J (^) c ( )^2 + J 1 ( )^2 + J 2 ( )^2 + J 3 ( )^2 N (^) n N (^) n N (^) n N (^) n

onde: J (^) ce - Momento de inércia da carga referido ao eixo do motor J (^) c - Momento de inércia da carga N (^) c - Rotação da carga N (^) n - Rotação nominal do motor J (^) t = J (^) m + J (^) ce

A inércia total de uma carga é um importante fator para a determi- nação do tempo de aceleração.

3.3 Tempo de aceleração Para verificar se o motor consegue acionar a carga, ou para dimensionar uma instalação, equipamento de partida ou sistema de proteção, é necessário saber o tempo de aceleração (desde o instante em que o equipamento é acionado até ser atingida a rotação nominal). O tempo de aceleração pode ser determinado de maneira aproxi- mada pelo conjugado médio de aceleração.

2 π. rps. J t 2 π. rps. ( J m + J ce )

t (^) a = = C (^) a ( C (^) mmed - C (^) rmed )

t (^) a - tempo de aceleração em segundos J (^) t - momento de inércia total em kgm 2 rps - rotação nominal em rotações por segundo C (^) mmed - conjugado médio de aceleração do motor em N.m. C (^) rmed - conjugado médio de aceleração de carga referido a eixo em N.m. J (^) m - momento de inércia do motor J (^) ce - momento de inércia da carga referido ao eixo C (^) a - conjugado médio de aceleração

O conjugado médio de aceleração obtém-se a partir da diferença entre o conjugado do motor e o conjugado da carga. Seu valor deveria ser calculado para cada intervalo de rotação (a somatória dos intervalos forneceria o tempo total de aceleração). Porém, na prática, é suficiente que se calcule graficamente o conjugado médio, isto é, a diferença entre a média do conjugado do motor e a média do conjugado da carga. Essa média pode ser obtida, gra- ficamente, bastando que se observe que a soma das áreas A 1 e A 2 seja igual a área A 3 e que a área B 1 seja igual a área B 2 (ver figura 3.5).

C (^) n = Conjugado nominal C (^) m = Conjugado do motor C (^) r = Conjugado da carga C (^) a = Conjugado médio de aceleração N (^) n = Rotação nominal

Figura 3.5 - Determinação gráfica do conjugado médio de aceleração

 

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