A seleção do motor é crucial na persecução dos objetivos traçados. A sua função é transformar energia elétrica em energia mecânica o mais eficientemente e dinamicamente possível.
Das principais características do motor devem constar: • Alta densidade de potência;
• Gama de velocidades elevada;
• Momento de saída constante ao longo de toda a gama de velocidades; • Baixo momento de inércia;
• Capacidade para operar com longos ciclos de trabalho, alto duty cycle; • Baixa manutenção;
• Alta fiabilidade.
2.7.1- Motores de indução.
Os motores de indução trifásicos são os motores mais comuns em aplicações industriais devido a sua construção simples e robusta. O seu nome deriva do facto de que a corrente no rotor não provém diretamente de uma fonte de alimentação, mas induzida pelo movimento relativo dos condutores do rotor e do campo girante produzido pelas correntes no estator.
O motor de indução consiste de duas partes principais:
O estator, constituído por enrolamentos alojados nas ranhuras existentes na periferia interna de um núcleo de ferro laminado (carcaça). Os enrolamentos do estator são alimentados com tensão trifásica, que produz um campo magnético girante com velocidade síncrona.
O rotor pode ser do tipo bobinado ou em curto-circuito, (gaiola de esquilo), sendo os núcleos magnéticos construídos em ferro laminado.
O rotor bobinado é constituído por um núcleo em tambor, provido de ranhuras onde são alojados enrolamentos semelhantes ao do estator, e produzindo o mesmo número de polos. No motor trifásico estes enrolamentos são geralmente ligados em estrela, e as três extremidades livres dos
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enrolamentos são ligadas a três anéis coletores montados no eixo, permitindo a inserção de resistências variáveis em série em cada fase.
O rotor tipo gaiola consta de um núcleo em tambor, providos de ranhuras, nas quais são alojados fios ou barras de cobre curto circuitados nos extremos.
Os condutores do rotor são imersos no campo eletromagnético girante produzido pelo estator, onde são produzidas forças eletromotrizes que proporcionam o binário necessário à rotação do motor.
A velocidade do rotor nunca pode atingir a velocidade do campo girante, isto é, a velocidade síncrona. Se esta velocidade fosse atingida, os condutores do rotor não seriam cortados pelas linhas de força do campo girante, não se produzindo portanto, correntes induzidas, sendo então nulo o binário do motor.
Quando o motor funciona sem carga, o rotor gira com velocidade quase igual à síncrona; com carga o rotor roda mais lentamente em relação ao campo girante, proporcionando correntes induzidas maiores, necessárias ao desenvolvimento do binário necessário.
Chama-se escorregamento, à seguinte relação:
= − ( 2.1 )
Em que:
= Escorregamento; = Velocidade síncrona; = Velocidade do rotor.
O escorregamento é geralmente expresso em percentagem e varia com a carga apresentando valores entre 1 e 5%.
A NEMA1, classifica os motores de indução para uso geral segundo quatro categorias, (A, B, C e D), que se apresentam no gráfico da figura 2.17.
1National Electrical Manufacturers Association, (NEMA) é uma associação de fabricantes de equipamentos elétricos e imagiologia médica. Fundada em 1926 e sediada em Rosslyn, Virginia, ( http://www.nema.org).
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Capítulo 2 – Estado da Arte 21
A escolha do tipo de motor é feita de acordo com o perfil da carga aplicada. A categoria D, por exemplo, apresenta um binário alto para baixas frequências, sendo ideal para motores com arranque em plena carga.
Na figura 2.18, pode observar-se a relação entre as classificações de eficiência dos motores segundo os padrões atuais e a classificação americana NEMA.
Figura 2.18 Comparação entre as antigas e as atuais classes de eficiência de motores elétricos. Reproduzido de ZVEI. (12/2010). Os inversores de frequência permitem o ajuste da velocidade síncrona do motor pelo controlo da corrente no estator. No entanto, o cálculo do binário nominal deve ser realizada cuidadosamente de forma a garantir que este seja sempre superior ao binário máximo da carga. A escolha de um binário nominal muito próximo da carga nominal pode fazer com que o motor entre em escorregamento descontroladamente.
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2.7.2- Motores síncronos de íman permanente
Os motores de ímanes permanentes, Permanent Magnet synchronous motors, alimentados por inversores de frequência, são usados em aplicações industriais onde as exigências predominantes são: variação de velocidade, binário constante e alta eficiência. Adicionalmente, segtundo SIGUIMOTO, C.M., estes motores proporcionam menores vibrações, menor ruído e reduzido espaço em comparação com os motores de indução.
O princípio de funcionamento deste tipo de motores é semelhante aos motores de indução discutidos anteriormente. A principal diferença prende-se com a presença de um campo magnético forte e permanente proveniente dos ímanes permanentes que dispensa a energia necessária para a magnetização do rotor. Para além da ausência de perdas provocadas pela indução do rotor, este acompanha a velocidade síncrona do estator, permitindo que o motor funcione de forma síncrona. Isto é, não há escorregamento entre o motor e o estator.
Os rotores constituídos por ímanes NdFeB2 possuem menores perdas por efeito de Joule e menores dimensões. As perdas por efeito de Joule no rotor são uma parte significativa das perdas totais do motor, contribuindo assim para uma maior eficiência. A dimensão do rotor é de extrema importância quando se pretende pequenos momentos de inércia, permitindo grandes acelerações.