IFSC Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. Campus Jaraguá do Sul - Rau Curso Técnico em Eletrotécnica

Tecnologia de Santa Catarina.

Campus Jaraguá do Sul - Rau Curso Técnico em Eletrotécnica

APOSTILA DE MÁQUINAS ELÉTRICAS II QUARTO MÓDULO

Professor: Tirson A de O Soares

SUMÁRIO

1. Introdução sobre Motores Elétricos... 03

2 Definição de Motores Elétricos... 03

3 Tipos de Motores elétricos... 04

4 Principio de Funcionamento... ... 06

5 Conceitos Básicos utilizados para motores elétricos... 07

6 Exercícios... 09

7 Campo girante de motores elétricos ... 25

8 Motores elétricos alimentados por corrente contínua ... 30

9 Motores universais... 34

10 Motores monofásicos ... 35

11 Tipos de Motores relacionados com os sistemas de partidas……….. 41

12 Tipos de motores elétricos quanto a Potência………. 41

13 Tipos de Motores quanto a Aplicação………. 41

14 Tipos de motores quanto a Ventilação………. 42

15 Tipos de Motores quanto ao Regime de Funcionamento……… 42

16 Tipos de ensaios que devem ser submetidos os Motores Elétricos………. 42

17 Formas e Métodos de Enrolamentos dos Motores……….. 43

18 Formas de Colocação das Bobinas nas Ranhuras do Estator……….. 44

19 Características dos Enrolamentos………... 45

1. INTRODUÇÃO

Os motores elétricos são responsáveis por grande parte da energia consumida nos segmentos onde seu uso é mais efetivo, como nas indústrias, onde representam em média mais de 50% do consumo de eletricidade dessas instalações. São, portanto, equipamentos sobre os quais é preciso buscar, prioritariamente, a economia de energia.

Nos motores elétricos as operações de controle de materiais e equipamentos têm na sua maioria um efeito direto sobre o estudo mecânico e elétrico destes equipamentos, agindo direta ou indiretamente sobre seus rendimentos.

Cabe ainda observar que 90% dos motores elétricos instalados são assíncronos com rotor em curto-circuito.

2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Vamos entender a transformação de energia elétrica em energia mecânica.

Suponhamos que temos dois eletroímãs cujas bobinas estão ligadas, como mostra a figura abaixo e que estejam alimentadas por corrente alternada.

Lembre-se que, no momento em que a corrente elétrica circular no sentido indicado, a polaridade dos eletroímãs será igual à representada na figura abaixo.

E no momento em que a corrente elétrica inverte o sentido, a polaridade dos eletroímãs também inverterá (figura abaixo).

Suponhamos agora que temos uma espira de fio de cobre com seu centro demarcado (figura abaixo).

Colocamos a espira no centro do campo magnético dos eletroímãs. Agora, vamos acionar a espira, dando-lhe um rápido impulso para a direita. A espira continuará a girar para a direita enquanto circular corrente elétrica pelas bobinas dos eletroímãs.

No momento em que demos o impulso na espira, criamos condições para que quando ela estivesse cruzando as linhas de força do campo magnético dos eletroímãs, circulasse por ela uma corrente elétrica.

Por sua vez, essa corrente elétrica da espira deu origem a um campo magnético defasado de 90⁰ do campo magnético dos eletroímãs.

Nesse ponto, uma primeira visão que podemos ter é baseada na regra que diz:

“Polos magnéticos de nomes iguais se repelem e polos de nomes diferentes se atraem”.

Vamos examinar o que acontece com as linhas de força magnética.

Na posição inicial as linhas de força magnéticas partem do pólo norte e seguem diretamente para o pólo sul dos eletroímãs.

Agora com o campo magnético da espira defasada de 90⁰, a situação já se modifica, como mostraremos a seguir.

Temos assim, uma situação em que as linhas de força saem do pólo norte do eletroímã e penetram pelo pólo sul do campo magnético da espira.

Em seguida, saem pelo pólo norte também do campo magnético da espira, entrando finalmente pelo pólo sul do eletroímã.

Note que, com isso haverá um desvio no sentido das linhas de força magnética.

Portanto, numa situação em que existem dois campos magnéticos defasados de 90⁰, haverá um desvio das linhas de força magnética. As linhas de força magnéticas procuram sempre manter sua trajetória entre o pólo norte e o pólo sul, o mais curto possível. Dessa forma, nessa situação, elas agem como se fossem tiras de elástico sob pressão, ou seja, as linhas de força magnética forçam a espira a girar no mesmo sentido em que foi impulsionada inicialmente.

Com isto a espira receberá um forte impulso. Com as bobinas dos eletroímãs estão sendo alimentadas por corrente alternada (CA), a medida em que a espira é impulsionada haverá a variação na corrente que circula pela bobina.

Então como a espira está girando na velocidade aproximada de variação do campo magnético, quando ela tiver a ¼ de volta haverá também a inversão do sentido da corrente elétrica pelas bobinas.

Com isso, haverá a inversão pela polaridade dos eletroímãs, o que acarretará o surgimento de linhas de força magnéticas no sentido contrário ao anterior.

Consequentemente, com ¼ de volta o campo magnético formado pela espira desaparecerá por completo.

Porem, à medida que a espira vai girando até completar ½ volta, irá surgindo um novo campo magnético defasado, também de 90⁰ do campo magnético dos eletroímãs.

Observe que haverá novamente um desvio das linhas de força do campo magnético dos eletroímãs, resultando como no caso anterior, um novo impulso na espira.

Logo, recebendo impulsos consecutivos, a espira ira girar indefinidamente, enquanto estiver circulando corrente elétrica pelas bobinas dos eletroímãs.

3. Teste:

1.Explique o princípio de funcionamento de motores elétricos, sem o uso da apostila.

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4. CONCEITOS BÁSICOS

São apresentados a seguir os conceitos de algumas grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para melhor acompanhar as explicações.

4.1 Conjugado

O conjugado (também chamado torque, momento ou binário) é a medida do esforço necessário para girar um eixo.

É sabido, pela experiência prática que, para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços, ver figura abaixo, a força F que é preciso aplicar a manivela depende do comprimento l da manivela. Quanto maior for a manivela, menor será a força necessária.

Se dobrarmos o tamanho l da manivela, a força F necessária será diminuída a metade.

No exemplo da figura abaixo, se o balde pesa 20 N e o diâmetro do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de 20 N na superfície do tambor, isto é a 0,10 m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisam de 10 N na manivela, se o comprimento l for de 0,20 m. se l for o dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja, 5 N.

Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o eixo não basta definir a força empregada: é preciso também dizer a que distância do eixo a força é aplicada. O

“esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância, F x l.

No exemplo citado, o conjugado vale:

C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N x 0,40m = 2,0 N.m.

C = F . l ( N . m)

4.2 Energia e potência mecânica

A potência mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a mesma, valendo 20N x 24,5m = 490 Nm (note que a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que usamos para o conjugado – trata-se, no entanto, de grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas).

W = F . d (N.m) Obs= 1 Nm = 1J = W . t

A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária será:

P1=⁴⁹⁰_2,0 = 245 W

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária será:

P2= ⁴⁹⁰_1,3 = 377 W

A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 736W. Então as potências dos dois motores acima serão:

P1= ²⁴⁵₇₃₆ =¹₃ cv P2= ³⁷⁷₇₃₆ = ¹₂ cv

Pmec= ^F⋅d_t (W) Como, 1cv = 736W, então:

Pmec= _736⋅^F⋅d_t (cv) Para movimentos circulares:

C = F . r (N.m) V=₆₀^π⋅d⋅n (m/s) Pmec= ₇₃₆^F⋅d (cv) Onde:

C  conjugado em Nm;

F  força em N;

l  braço de alavanca em m;

r  raio da polia em m;

v  velocidade angular em m/s;

d  diâmetro da peça em m;

n  velocidade em rpm.

Relação entre unidades de potência P(KW) = 0,736 . P(cv) ou

P(cv) = 1,359 . P(KW).

4.3 Fator de potência

O fator de potência, indicado por cos, onde  é o ângulo de defasagem da tensão em relação a corrente, é a relação entre a potência real (ativa)P e a potência aparente S.

cos= ^P_S = ^P(KW√3⋅V^)⋅⋅I¹⁰⁰⁰ Assim:

 Carga resistiva: cos = 1;

 Carga indutiva: cos atrasado;

 Carga capacitiva: cos 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 abaixo 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.O fator de potência é determinado medindo-se a potência de entrada, a tensão e a corrente de carga nominal.

4.4 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 0,95. A mudança do fator de potência dá maior disponibilidade de potência atina 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 indústrias, representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, é imprescindível a utilização de motores com potência e características bem adequadas a sua função. O fator de potência varia coma carga do motor.

4.5 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 superexcitado, em paralelo com a carga.

Por exemplo:

Um motor elétrico, trifásico de 100 CV (75 KW), operando com 100% da potência nominal, com fator de potência original de 0,90. O fator de potência desejado é de 0,95.

Solução:

Antes P=

√

3 . V . I . cos^ϕ

√

³ . V . I = _cos^{P. 736}_ϕ

√

^{3 . V . I=100 .736}_0,90

√

3 . V . I= 81777,78 VA Q=

√

³ . V . I . sen^ϕ Q= 81777,78 . 0,43 Q= 35164,44 Var

Depois P=

√

³ . V . I . cos^ϕ

√

³ . V . I = _cos^{P. 736}_ϕ

√

3 . V . I=^{100 .736}_0,95

√

3 . V . I= 77473,68 VA Q=

√

³ . V . I . sen^ϕ Q= 77473,68 . 0,31 Q= 24016,84 Var

Resultado Final Qcapacitor= Qantes - Qdepois

Q = 35164,44 - 24016,84 Q= 11147,6 Var

cos^ϕ = 0,90

ϕ = cos^-1 0,90

ϕ = 25,84⁰

sen^ϕ = sen 25,84⁰ sen^ϕ = 0,43

cos^ϕ = 0,95

ϕ = cos^-1 0,95

ϕ = 18,19⁰

sen^ϕ = sen 18,19⁰ sen^ϕ = 0,31

4.6. Exercícios

1. Calcule o capacitor para corrigir o fator de potência original de 0,80 de um motor de 25 CV trifásico, para um fator de potência desejado de 0,93.

2. Calcule o capacitor para corrigir o fator de potência original de 0,60 de um motor de 60CV trifásico, para um fator de potência desejado de 0,94.

3. Calcule o capacitor para corrigir o fator de potência original de 0,70 de um motor de 125 CV trifásico, para um fator de potência desejado de 0,95.

4. Calcule o capacitor para corrigir o fator de potência original de 0,85 de um motor de 75 CV, operando com 80% da capacidade nominal, trifásico, para um fator de potência desejado de 0,95.

5. Calcule o capacitor para corrigir o fator de potência original de 0,77 de um motor de 50 CV trifásico, operando com 90% da capacidade nominal, para um fator de potência desejado de 0,95.

4.7 Rendimento

O motor elétrico absorve energia elétrica da linha e a transforma em energia mecânica disponível no eixo. O rendimento define a eficiência com que é feita esta transformação.

Chamando “Potência útil” Pu a potência mecânica disponível no eixo e “Potência absorvida” Pa a potência elétrica que o motor retira da rede, o rendimento será a relação entre as duas, ou seja:

η = ^P_P^u(W)

a(W) = ⁷³⁶√^{3⋅⋅PV⋅I⋅cos(cv) ϕ =}

1000⋅P(KW)

√^{3⋅V⋅I⋅cosϕ} Ou

η %= ^736⋅P√^{3⋅V⋅I⋅(cvcos) ϕ x 100} Exemplo:

1. Qual o rendimento antes e depois da correção do fator de potência de um motor de 100 CV, trifásico, ligado em uma rede de 380 volts, consumindo uma corrente de 145 ampéres, com um fator de potência de 0,86, sendo que o fator de potência irá para 0,92 depois.

Antes

^η %= ₃⁷³⁶_V^_^P(cv)_Icos x 100

η %= _3380⁷³⁶_145^100_0,86x 100

η %= 0,90x 100

η %= 90%

Depois

η %= _3380⁷³⁶_145^100_0,92x 100

η %= 0,84x 100

η %= 84%

4.8 Exercícios

1) Calcule o rendimento antes e depois da correção dos motores elétricos abaixo:

a) Motor de 25 CV trifásico, ligado em 380 volts, corrente de 36 amperes e um fator de potência antes de 0,80, e um fator de potência depois de 0,93.

b) Motor de 60 CV trifásico, ligado em 380 volts, corrente de 115 amperes e um fator de potência antes de 0,60, e um fator de potência depois de 0,94.

c) Motor de 125 CV trifásico, ligado em 380 volts, corrente de 205 amperes e um fator de potência antes de 0,70, e um fator de potência depois de 0,95.

d) Motor de 75 CV trifásico, operando com 80% da capacidade nominal, ligado em 380 volts, corrente de 105 amperes e um fator de potência antes de 0,85, e um fator de potência depois de 0,95.

e) Motor de 50 CV trifásico, operando com 90% da capacidade nominal ligado em 380 volts, corrente de 80 amperes e um fator de potência antes de 0,77, e um fator de potência depois de 0,95.

5. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO

O motor de indução trifásico é composto basicamente de duas partes: estator e rotor:

Estator:

 Carcaça – é a estrutura suporte do conjunto; de construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas.

 Núcleo de chapas – as chapas são de aço magnético, tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas no ferro.

 Enrolamento trifásico– três conjuntos iguais de bobinas, uma para cada fase, formando um sistema trifásico ligado à rede trifásica de alimentação.

Rotor:

 Eixo– transmite a potência mecânica desenvolvida pelo motor. É tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.

 Núcleo de chapas – as chapas possuem as mesmas características das chapas do estator.

 Barras e anéis de curto-circuito– são de alumínio injetado sob pressão numa única peça.

Outras partes do motor de indução trifásico:

 Tampa;

 Ventilador;

 Tampa defletora;

 Caixa de ligação;

 Terminais;

 Rolamentos.

Onde:

– conjunto montado rotor completo;

– conjunto soldado estator completo;

– carcaça;

– caixa de ligação;

– tampa da caixa de ligação;

– tampa dianteira;

– tampa traseira;

– ventilador;

– tampa defletora;

– parafuso de fixação tampa dianteira e traseira;

– parafuso de fixação caixa de ligação;

– parafuso de fixação tampa defletora;

– parafuso de fixação tampa da caixa de ligação;

– parafuso do terminal;

– porca olhal;

– parafuso sem cabeça com fenda;

– porca do terminal;

– chaveta;

– rebite;

Exercício:

1. Identifique no mínimo 20 itens componentes no motor acima, que ainda não consta da lista.

Observação: 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.

5.1 Velocidade Síncrona (ns)

A velocidade síncrona do motor é definida pela velocidade de rotação do campo girante, a qual depende do número de pólos (2p) do motor e da frequência (f) da rede, em hertz.

Os enrolamentos podem ser construídos com um ou mais pares de pólos, que se distribuem alternadamente (um “norte” e um “sul”) ao longo da periferia do núcleo magnético. O campo girante percorre um par de polos (p) a cada ciclo. Assim, como o enrolamento tem pólos ou “p” pares de pólos, a velocidade do campo será:

n_s = ⁶⁰_p^{ f} = ¹²⁰_2p^f (rpm)

Exemplos:

a) Qual a rotação síncrona de um motor de 6 pólos, 50 Hz?

n_s = ¹²⁰₆^⋅50 = 1000 rpm a) Motor de 12 pólos, 60 Hz?

n_s = ^120⋅₁₂ ⁶⁰ = 600 rpm

Note que o número de pólos do motor terá que ser sempre par, para formar os pares de pólos. Para as freqüências e polaridades usuais, as velocidades síncronas são:

N^o de pólos Rotação síncrona por minuto

60 Hertz 50 Hertz

2 3.600 3.000

4 1.800 1.500

6 1.200 1.000

8 900 750

5.2 Escorregamento (s)

Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade síncrona, ou seja, diferente da velocidade do campo girante, o enrolamento do rotor “corta” as linhas de força magnética do campo e pelas leis do eletromagnetismo circularão nele correntes induzidas.

Quanto maior a carga, maior terá que ser o conjugado necessário para acioná-la. Para obter o conjugado, terá que ser maior a diferença de velocidade para que as correntes induzidas e os campos produzidos sejam maiores. Portanto, à medida que a carga aumenta cai à rotação do motor. Quando a carga é zero (motor em vazio) o rotor girará praticamente com a rotação síncrona. A diferença entre a velocidade do motor n e a velocidade síncrona ns, chama-se escorregamento s, que pode ser expresso em rpm, como fração da velocidade síncrona, ou como porcentagem desta:

s(rpm) = ns – n; sa(rpm)= ^ns_n⁻ⁿ

s ; s(%) = ^ns_n⁻ⁿ

s x 100 Exemplo:

Qual o escorregamento percentual de um motor de 6 pólos, 50 Hz, se sua velocidade é de 960 rpm?

1000 – 960

s(%) = --- x 100 1000

s(%) = 4%

6. Exercícios:

1. O motor elétrico de indução é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica e:

1.É o motor mais usado, porque combina as vantagens da utilização da energia elétrica, com sua construção simples, custo reduzido e adaptação a diferentes cargas.

2.É o motor mais usado por não depender de outra fonte de energia.

3.É o motor mais usado por juntar baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando da eletricidade, com as vantagens do motor elétrico.

4.É o motor mais usado por reunir as vantagens de utilização da eletricidade com as vantagens do motor elétrico que são: construção simples, custo reduzido e adaptação à carga.

5.É o motor mais usado porque tem mais potência que os outros motores.

a. ( ) a afirmação 1 está certa;

b. ( ) as afirmações 3 e 4 estão corretas;

c. ( ) as afirmações 1, 2 e 4 estão certas;

d. ( ) as afirmações 1, 3 e 4 estão certas;

e. ( ) as afirmações 1, 3, 4 e 5 estão certas;

2. Os principais tipos de motores elétricos são:

a.( ) motores de corrente alternada e motores de corrente contínua;

b.( ) motor síncrono e motor de indução;

c.( ) motores de corrente alternada síncrona, de indução, e motores de corrente contínua;

d.( ) motores de corrente contínua e motores de indução;

e.( ) motores síncronos e motores de corrente contínua.

3. O motor de indução difere do motor síncrono porque:

a.( ) sua velocidade é invariável;

b.( ) sua velocidade varia 20%;

c.( ) precisa de um dispositivo para transformar corrente alternada em contínua;

d.( ) sua velocidade varia ligeiramente com a carga aplicada ao eixo;

e.( ) por sua difícil manutenção.

4. Dá-se o nome de corrente alternada porque:

a.( ) a tensão permanece fixa como entre os pólos de uma bateria;

b.( ) a tensão varia como tempo e muda de sentido alternadamente;

c.( ) a corrente permanece invariável;

d.( ) a potência tem que ser expressa em Watt;

e.( ) a tensão varia de acordo com a rotação do motor.

5. A frequência, cuja unidade é o Hertz (Hz) é:

a.( ) o número de ciclos por segundos de uma corrente contínua igual à alternada;

b.( ) o número de vezes que a tensão alternada muda de unidade;

c.( ) o número de vezes que a tensão alternada muda de sentido por segundo;

d.( ) o número de vezes que a tensão alternada muda de sentido divido pela corrente;

e.( ) estão corretas as afirmativas “c” e “d”.

6. Num motor elétrico de corrente alternada de indução, ligado:

a.( ) a corrente não está em fase com a tensão;

b.( ) a corrente está atrasada em relação à tensão;

c.( ) a corrente está em fase com a tensão;

d.( ) as três afirmativas acima estão corretas;

e.( ) as afirmativas “a” e “b” estão corretas.

7. Valor de pico da corrente alternada, valor de pico da tensão alternada, e valor da tensão e corrente contínua que desenvolvem potência correspondente àquela desenvolvida pela corrente alternada, são respectivamente as definições de:

a.( ) tensão máxima (Vmáx), corrente máxima (Imáx) e valor eficaz;

b.( ) corrente máxima (Imáx), tensão máxima (Vmáx) e valor eficaz;

c.( ) Imáx, Vmáx, valor eficaz;

d.( ) as afirmativas “a” e “b” estão certas;

e.( ) as afirmativas “b” e “c” estão certas.

8. Fator de potência pode ser definido como:

a.( ) o atraso da onda de corrente em relação à onda da tensão;

b.( ) o atraso da onda de corrente em graus;

c.( ) o cosseno do ângulo de defasagem entre tensão e corrente;

d.( ) as afirmativas “b” e “c” estão certas;

e.( ) nenhuma das afirmações é correta.

9. O motor de indução é caracterizado por:

a.( ) duas partes: rotor e estator;

b.( ) carcaça, núcleo de chapas magnéticas, enrolamento e rotor;

c.( ) eixo, núcleo de chapas magnéticas, enrolamento fechado entre si;

d.( ) só o estator é ligado à rede e as correntes que circulam no rotor são induzidas eletromagneticamente pelo estator;

e.( ) todas as afirmativas estão corretas.

10. Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um campo magnético dirigido, conforme o eixo da bobina e de valor proporcional a corrente. Quanto ao campo magnético podemos afirmar que:

11. Tendo-se p= pares de polos, a velocidade síncrona do motor pode ser expressa por:

a.( ) n= 60 x f;

b.( ) ⁿs = ^60⋅_p^f ; c.( ) ns = ¹²⁰_2p ^⋅f ;

d.( ) as fórmulas “a” e “b” estão corretas;

e.( ) as fórmulas “b” e “c” estão corretas.

12. Usando a fórmula ns = ^120⋅_2p ^f , complete a tabela abaixo:

Número de polos Rotações por minuto (rpm)

25 Hz 60 Hz

2

750

6 1000

900 300

13. Um determinado motor sem carga tem o deslizamento igual a 0,05. Se a velocidade síncrona do motor vale 1.200 rpm, qual é o valor do deslizamento relativo?

14. Um determinado motor de 4 polos, alimentado por uma rede de 60 Hz, gira com plena carga a 1.750 rpm. Qual o valor do deslizamento relativo do motor?

15. O deslizamento do motor da questão 13 é de 4% a plena carga. Qual o valor do deslizamento absoluto?

16. Assinale as afirmativas corretas relacionadas com o conjugado:

a.( ) para medi-lo basta definir a força empregada;

b.( ) também é chamado de torque, momento ou binário;

c.( ) para mantermos o torque constante, se diminuirmos o tamanho da manivela a força nela terá que ser aumentada;

d.( ) necessita de uma força, e a que distância esta força é aplicada, para sua definição;

e.( ) todas as alternativas estão corretas.

17. Uma unidade usual para medida de potência mecânica é o cavalo-vapor (cv), que é equivalente a 75 kgfm/s. Isto quer dizer que:

a.( ) um cv é a potência de um motor elétrico capaz de erguer um balde de água em 24 segundos;

b.( ) um cv é igual a 25 kgfm/s vezes 24;

c.( ) um cv é igual à potência necessária para elevar uma carga de 75 kgf a altura de um metro em um minuto;

d.( ) um cv é a potência necessária para elevar uma carga de 75 kgf a altura de um metro em um segundo;

e.( ) um cv é a potência necessária para elevar uma carga de 75 kg a altura de um metro em dois segundos.

18. Assinale a afirmativa correta:

a.( ) a unidade usual de potência elétrica é o Watt;

b.( ) a unidade de potência aparente é o volt ampére;

c.( ) nos motores de indução a tensão e a corrente estão defasadas;

d.( ) esta defasagem entre tensão e corrente é um ângulo, cujo cosseno é o fator de potência;

e.( ) todas as afirmativas estão corretas.

7. CAMPO GIRANTE EM MOTORES ELÉTRICOS

Na figura abaixo se acham representados as partes essenciais de um motor de indução bifásico bipolar. O estator possui dois enrolamentos 1 e 2, separados de 90⁰ elétricos e em uma máquina real estão dispostos em ranhuras e distribuídos por todo o estator. Estes enrolamentos ligam-se mediante condutores a uma linha bifásica e as correntes que a circulam em um instante qualquer nas bobinas 1 e 2 se acham representadas pelas curvas abaixo:

Por exemplo, no instante B a corrente na fase 1 é igual a +Im enquanto que na fase 2 é nula.

Os terminais dos enrolamentos de cada fase são marcados com P e F que indicam o principio e o fim, respectivamente, uma corrente positiva é aquela que entra por P e uma corrente negativa entra por F.

Por exemplo: no instante B, o enrolamento 1 apresenta a polaridade conforme a regra da mão direita.

Uma bússola colocada nas proximidades da sapata polar tomaria a orientação da figura.

Uma linha de indução produzida pelo enrolamento 1 teria a orientação da linha M1.

As polaridades magnéticas produzidas pelos enrolamentos 1 e 2 nos instantes A, B, C e D estão indicados nos esquemas A, B, C e D. Pode-se ver que o campo gira realmente ao passar do esquema A para o esquema B e sucessivamente.

Consideremos um instante intermediário entre B e C, por exemplo, B+Y. Se medirmos Y a partir do instante B, então I1= Im cosY e I2= Im senY.

Portanto a fase 1 produz um componente vertical:

M1 = I1 . n = Im N cosY.

E a fase 2 produz uma componente horizontal:

M2= I2 . n = Im N senY.

Sendo N o número de espiras em cada enrolamento. Estes componentes e a resultante Mr se acham representadas abaixo.

Temos, pelo Teorema de Pitágoras:

M_r=

√

^M12+M₂²

^Mr=

√

^Im2⋅N²⋅cos²ϕ+I_m²⋅N²sen²ϕ M_r=

√ ⁽

^Im⋅N

⁾

^2⋅

⁽

^{cos2ϕ+sen2ϕ}

⁾

Mr = Im N

I1 = Im sen

I2 = Im cos

8. Campo girante de motores elétricos de CA trifásicos

Vamos analisar um sistema trifásico, para que possamos entender melhor a formação do campo girante.

Sendo este sistema composto de três fases defasadas entre si de 120⁰ elétricos. Essa defasagem é para dar polaridade diferente às bobinas no mesmo instante.

Ao ligarmos o estator do motor a linha, circulará em cada fase uma corrente formando uma senoide, conforme figura abaixo:

As correntes circulam alternadamente de modo que quando forem (-Im) deveremos considerar que as correntes estão entrando em F1, F2 e F3: quando (+Im) as correntes entrarão em Ii, I2,, I3 respectivamente.

Analisando o instante a

Analisando o instante b

Analisando o instante c

Analisando o instante d

Para fazer a Inversão do Sentido de Giro: inverte-se uma fase com a outra, no nosso caso I com I. Observe bem, onde entrava I , vai entrar I , bem como onde entrava I, vai

I1 = IM

I₂=−1 2⋅I_M I₃=−1

2I_M

I₁=1 2 I_M I₂=1

2 I_M I3 = - IM

I₁=−1 2I_M I2 = IM

I₃=−1 2I_M

I1 = - IM

I₂=1 2 I_M I₃=1

2I_M

Analisando o instante a

Analisando o instante b

Analisando o instante c

Analisando o instante d

Conclusão:

A aplicação da corrente alternada defasada de 120⁰ elétricos conduz um campo eletromagnético constante e consequentemente uma velocidade também constante.

A corrente elétrica toma valores crescentes e decrescentes sucessivamente, dando uma resultante de valor definido, formando um campo girante. Concluímos, portanto, que um enrolamento trifásico, alimentado por correntes trifásicas, cria um campo girante, como se houvesse um único par de pólos girando.

I1 = IM

I₂=−1 2⋅I_M I₃=−1

2I_M

I₁=1 2I_M I₂=1

2 I_M I3 = - IM

I₁=−1 2I_M I2 = IM

I₃=−1 2I_M

I1 = - IM

I₂=1 2 I_M I₃=1

2I_M

9. MÁQUINAS GIRANTES ALIMENTADAS POR CORRENTE CONTÍNUA 9.1 Aspectos Gerais dos Motores de Corrente Contínua.

Comutação e Interpólos – Uma das mais importantes limitações no funcionamento de uma máquina de CC é a capacidade de transferir a corrente de armadura através do contato de escovas no comutador, sem faiscamentos e sem excessivas perdas locais e sem aquecimento das escovas e do comutador.

O faiscamento produz o enegrecimento, a corrosão e o desgaste do comutador e das escovas. O faiscamento pode ser provocado por condições mecânicas defeituosas, tais como trepidação das escovas ou um comutador áspero, ou gasta irregularmente, ou, como em qualquer problema de comutação, por condições elétricas.

Para ajudar a comutação, a tensão rotacional precisa se opor à tensão de reatância. O princípio geral de produzir, na bobina sob comutação, uma tensão rotacional que aproximadamente compensa a tensão de reatância, princípio este chamado “comutação por tensão”, é usado em quase todas as máquinas modernas. A indução magnética apropriada é introduzida na zona de comutação por meio de polos pequenos e estreitos colocados entre os polos principais.

Estes polos auxiliares são chamados “interpólos” ou polos de comutação.

Enrolamentos Compensadores – para máquinas expostas à sobrecarga constante ou mesmo a cargas rapidamente variáveis, ou para funcionamento com um campo principal reduzido.

Sob condições transitórias, podem resultar altas-tensões entre as lâminas do coletor, originando assim a formação de Arcos entre as lâminas, que pode rapidamente estender-se em volta do comutador inteiro e além dos efeitos possivelmente destrutivos sobre o comutador, constitui um curto-circuito direto na linha.

Mesmo com interpólos, portanto, a reação de armadura sob os polos limita bastante as condições sob as quais uma máquina de CC pode operar.

Esta limitação pode ser consideravelmente aliviada através da utilização de enrolamentos compensadores, encaixados entre as ranhuras da face polar e tendo uma

Componentes de um motor de CC

Diagrama de Ligação de um Motor de Corrente Continua;

9.2 Modelos de motores de CC.

9.2.1. Motor Série

O enrolamento de campo é ligado em série com o enrolamento da armadura e a intensidade do campo varia com as mudanças na corrente da armadura.

Quando sua velocidade é reduzida por uma carga, o motor série passa a desenvolver maior torque. Seu torque de partida é maior do que os dos outros tipos de motores de CC.

Nunca deve funcionar sob a condição sem carga, pois a velocidade aumentará perigosamente. É usado em guindastes, guinchos, ônibus e trens elétricos (ver figura abaixo).

9.2.2. Motor Paralelo

O enrolamento de campo é ligado em paralelo com o da armadura e a intensidade do campo é independente da corrente da armadura. A velocidade do motor paralelo varia apenas ligeiramente com as alterações na carga e o torque de partida é menor do que os dos outros tipos de motores de CC (ver figura abaixo).

É utilizado quando se deseja uma velocidade constante para uma carga variável e é possível dar partida ao motor com uma carga muito leve ou sem carga.

9.2.3. Motor Composto

Um enrolamento de campo é ligado em série com a armadura e outro em paralelo. As características de velocidade e de carga podem ser alteradas ligando os dois campos de modo que se somem ou se oponham (ver figura abaixo).

Observação:

O sentido de rotação de um motor de CC pode ser alterado com a inversão das ligações do campo ou com a inversão das ligações da armadura, nunca de ambas ao mesmo tempo (ver figura abaixo).

10. MOTORES UNIVERSAIS

São motores do tipo monofásicos, para serem usados tanto em Corrente Alternada, como em Corrente Contínua, em circuitos de 110 ou 220 volts, e são construídos somente nas potências fracionárias. O enrolamento da armadura e as bobinas do campo deste tipo de motor são ligados em série.

Quando usadas em corrente alternada, a corrente do campo e a corrente da armadura revertem-se simultaneamente. Esta reversão mantém o sentido de rotação numa só direção, como se fosse usado em corrente contínua.

Quando uma corrente é aplicada a um motor universal, seja continua ou alternada, a mesma flui através das bobinas do campo e do enrolamento da armadura ligada em série.

O campo magnético formado pelas bobinas do campo do estator atua sobre os fios que transportam as correntes da armadura, produzindo um campo rotativo e, portanto em movimento.

10.1 Utilização dos Motores Universais.

Os motores universais são usados, principalmente, em aparelhos de uso doméstico, tais como máquinas de costura, ventiladores, liquidificadores, batedeiras de bolo, trituradores tipo Mix, barbeadores, etc...

11. MOTORES MONOFÁSICOS

Os motores monofásicos possuem apenas uma fase e são alimentados por uma CA monofásica. São muito usados sempre que se quer um motor pequeno e pouca potência. A principal vantagem é seu baixo custo para pequenas potências.

Eliminam também a necessidade de alimentação trifásica. Os motores monofásicos são usados em equipamentos de comunicações, ventiladores, refrigeradores, máquinas

Os motores monofásicos, por terem somente uma fase de alimentação, não possuem campo girante como os motores polifásicos e sim um campo magnético pulsante.

Isto impede que os mesmos tenham conjugado para a partida, tendo em vista que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema da partida utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessária para a partida. Existem basicamente cinco tipos de motores de indução monofásicos com rotor de gaiola, classificados de acordo com o arranjo auxiliar de partida empregado: motor de fase dividida, motor de capacitor de partida, motor de capacitor permanente, motor com dois capacitores e motor de campo distorcido (ou polos sombreados).

11.1 Motor de Fase Dividida (Split-Phase).

Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para a partida), ambos defasados no espaço de 90 graus elétricos. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o conjugado necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar é desconectado da rede através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais (figura abaixo). Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuação somente na partida, seu não desligamento provocará a sua queima.

O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e por isso, estes motores têm conjugado de partida inferior ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a potência fracionária e a cargas que exigem reduzido ou moderado conjugado de partida, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas

centrífugas, etc.

Esquema básico e característica conjugado x velocidade.

11.2 Motor de Capacitor de Partida (Capacitor – Start).

É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrolítico em série como enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados conjugados de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desconectado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores entre 80% e 90% da velocidade síncrona, as curvas do conjugado com os enrolamentos combinados cruzam a curva de conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor conjugado, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e ainda o disjuntor centrífugo não abri sempre exatamente na mesma velocidade é pratica comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a desconexão do circuito auxiliar o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida.

Com o seu elevado conjugado de partida (entre 200% a 350% do conjugado nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicações e é fabricado em potências que vão de ¼ cv a 15 cv.

Esquema básico e característica conjugado x velocidade.

11.3 Motor de Capacitor Permanente (Permanent – Split Capacitor).

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente energizados, sendo o capacitor do tipo eletrostático. O efeito deste capacitor é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando,

centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, maquinas de costura, pulverizadores, etc.

São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 CV.

Esquema básico e característica conjugado x velocidade.

11.4 Motor com dois Capacitores (Two – Value capacitor).

É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: partida como a do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime como a do motor de capacitor permanente.

Porem, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados em potencias superiores a 1 CV.

Esquema básico e característica conjugado x velocidade.

11.5 Motor de Campo Distorcido ou Pólos Sombreados (Shaded – Pole).

O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de indução monofásicos, por seu processo de partida, que é o mais simples, confiável e econômico.

Construtivamente existem três tipos: de pólos salientes, tipo esqueleto e de enrolamentos distribuídos.

Uma das formas mais comuns é a de pólos salientes, ilustrada na figura abaixo.

Observa-se que uma parte de cada pólo (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito.

A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma. O resultado disto é semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do polo, produzindo conjugado que fará o motor partir e atingir a rotação nominal.

O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do polo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Outros métodos para se obter inversão de rotação são possíveis, porém torna-se proibitivamente onerosos.

Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo conjugado de partida (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv até o limite de ¼ cv.

Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como:

movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidade de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas e compressores, projetores de slides, toca-discos e aplicações domésticas.

Esquema básico e característica conjugado x velocidade.

12. Exercícios

12.1. Quais são os tipos de motores de corrente contínua?

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12.2. Quais são os tipos de motores de corrente alternada?

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12.3. Quais são os fatores que influem na rotação de um motor de corrente alternada?

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12.4. Por que o motor de indução é o mais utilizado?

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12.5. Por que em um motor CC de excitação composto apresenta uma frequência de rotação praticamente constante em cargas variáveis?

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12.6. Por que o motor de CC de excitação série dispara em vazio? Justifique os aspectos de sua utilização.

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12.7. Como se pode modificar o sentido de rotação em motores de corrente contínua?

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13. Tipos de Motores relacionados com os sistemas de partidas.

O tipo de partida a ser utilizado para os motores assíncronos está ligado diretamente com as suas potências e obedecem as seguintes classificações:

Partida direta até 5 HP ou CV;

Chave de partida estrela triângulo de 6 a 30 HP ou CV;

Chave compensadora ou autotransformador de partida de 10 a 200 HP ou CV.

14. Tipos de motores elétricos quanto a Potência.

Pequena Potência: são aqueles motores cuja potência em CV ou Hp, multiplicada pelo número de polos apresenta um resultado inferior a 4.

Exemplo: Motor de 1 CV e 2 polos (1CV x 2 polos = 2) pequena potência.

Média potência: são aqueles motores cujo produto entre a sua potência e número de pólos forneça um resultado entre 4 e 400.

Grande Potência: são os motores cujo produto entre a sua potência e o número de pólos forneça um resultado superior a 400.

15. Tipos de Motores quanto a Aplicação.

Os motores quanto à aplicação são classificados em Motores Normais que são projetados para ser usado em qualquer tipo de atividade, sem ficar restrito a nenhuma determinação, e motores Especiais que são motores projetados para um determinado tipo de aplicação.

16.1 Classificação Comercial dos Motores de Indução:

16.1.1 Categoria A: Motor de indução tipo gaiola normal construído para uso a velocidade constante. Tem um torque de partida 1,5 a 1,75 vezes o torque nominal, mas sua corrente de partida varia de cinco a seis vezes a corrente nominal, tornado-o menos desejável para partida direta, principalmente para os tamanhos maiores. Tem como vantagem uma rápida aceleração até a velocidade nominal.

Para potência abaixo de 5 HP tem frequentemente partida direta.

16.1.2 Categoria B: Motor de utilização geral. Tem um torque de partida e uma corrente de partida ligeiramente inferiores ao motor categoria A. As correntes de partida variam de 4,5 a 5 vezes a corrente nominal; e nos tamanhos maiores, acima de 5 HP, ainda usam métodos de partida a tensão reduzida. Para tamanhos maiores, são preferidos em relação aos da categoria A

16.1.3 Categoria C: É um motor cujo rotor é do tipo dupla gaiola. Desenvolve um torque de partida de 2 a 2,5 vezes o nominal e uma corrente de partida de 3,5 a 5 vezes a nominal. Devido ao torque elevado, ele acelera rapidamente. Quando usado com cargas de elevada inércia, entretanto, tem dissipação térmica limitada, já que a maior parte da corrente se encontra no enrolamento superior. Sob condições de partida frequentes, tem tendência ao sobreaquecimento. Adapta-se melhor a cargas instantâneas elevadas, mas de

como estampadoras e guilhotinas, que exigem elevado torque com a aplicação de cargas súbitas.

16.1.5 Categoria F: Motor de dupla gaiola, baixo torque. É projetado para ser um motor de baixa corrente de partida. Tem torque de partida aproximadamente 1,25 vezes o torque nominal e baixas correntes de partida, de 2 a 4 vezes a nominal. São geralmente produzidos em tamanhos maiores de 25 HP. Quando acionados com cargas leves, as baixas correntes de partida eliminam a necessidade de equipamento de tensão reduzida, mesmo nos tamanhos grandes.

17. Tipos de motores quanto a Ventilação.

Quanto ao tipo de ventilação, os motores são:

Motor Aberto: é aquele que não apresenta restrições a livre circulação ao meio refrigerante, além das necessárias à construção mecânica; (ver anexo);

Motor Fechado: é aquele que possui aberturas destinadas a ligação de tubos de admissão e descarga do meio refrigerante, sem os quais ele será fechado; (ver anexo);

Motor Totalmente Fechado: motor encerrado de tal modo que não haja troca do meio refrigerante entre o interior e o exterior da carcaça, não sendo necessariamente estanque;

(ver anexo);

Motor Totalmente Fechado com Ventilação Externa: é um motor fechado, equipado com ventilador no eixo, externo a carcaça; (ver anexo);

Motor Totalmente Fechado sem Ventilação: é um motor sem meios para promover a circulação do meio refrigerantes externo, a não ser a ventilação natural. (ver anexo).

18. Tipos de Motores quanto ao Regime de Funcionamento.

São classificados em:

Motor de Regime Contínuo: são aqueles em que a carga é praticamente constante durante um tempo ilimitado de uso;

Motor de Tempo Limitado FV: são aqueles que durante um determinado tempo, hora funciona com carga, hora funciona a vazio;

Motor de Tempo Limitado FR: são aqueles que durante um determinado tempo, hora funciona, hora fica em repouso.

19. Tipos de ensaios que devem ser submetidos os Motores Elétricos.

Todas as máquinas elétricas girantes, antes de serem lançadas no mercado consumidor, devem ser submetidas aos seguintes ensaios industriais:

Ensaio de Resistência Ôhmica dos Enrolamentos;

Ensaio de Corrente e Potência Absorvida com o rotor bloqueado;

Ensaio de Corrente e Potência Absorvida com rotações a vazio;

Ensaio de Resistência de Isolamento dos Enrolamentos;

Ensaio de Tensão Aplicada ao Dielétrico;

Análise das condições de Vibração do Motor;

Elevação de Temperatura a plena carga;

Conjugado com o rotor travado;

Rendimento do motor;

Fator de Potência do Motor.

20. Formas e Métodos de Enrolamentos dos Motores.

Constatamos anteriormente que as rotações de um motor de CA depende da frequência da corrente e do número de polos criados pelo enrolamento do Estator (indutor).

A melhor maneira de associar os vários condutores de um enrolamento e distribui-los em bobinas e a distribuição das bobinas deve ser feita de tal modo que formem grupos.

As bobinas de cada grupo são ligadas entre si, apresentando cada grupo um princípio e um fim, e colocadas uniformemente nas ranhuras do estator para criar o campo magnético.

Exemplifica-se o tipo mais comum do enrolamento que é o trifásico.

Iniciamos pelos tipos de bobinas:

20.1 Bobinas concêntricas.

Também chamadas de bobinas em espiral ou espiralada é aquela no qual as bobinas ligam-se entre si tendo um centro comum.

Exemplo:

20.2 Bobinas Progressivas

Também chamadas de bobinas em diamante ou coroa são aquelas no qual as bobinas apresentam-se em forma de losango e deslocam-se progressivamente cada qual como seu próprio centro.

Exemplo:

Exemplo:

Agora que já conhecemos os tipos de bobinas existentes, veremos as formas de colocação das bobinas.

21. Formas de Colocação das Bobinas nas Ranhuras do Estator.

21.1 Enrolamento colocado da forma Meio Imbricado ou também chamado de Camada Única: este enrolamento é constituído de um lado de bobina, possui sempre metade do número de bobinas com relação ao número de ranhuras do estator de que faz parte.

Exemplo: Motor de 24 ranhuras, 4 polos, enrolamento progressivo, meio imbricado.

21.2 Enrolamento Imbricado.

Conhecido por Enrolamento de Camada Dupla: é constituído de lados de duas bobinas por ranhura e de tantas bobinas quantas ranhuras tiver o estator a que pertence.

As bobinas desses enrolamentos são todas de mesmo formato e tamanho.

Exemplo: Motor 24 ranhuras, 4 polos, enrolamento concêntrico, imbricado.

22. Características dos Enrolamentos

Para colocação e ligação das bobinas que formam o bobinamento deve-se conhecer de antemão suas características principais que são: constituição dos polos, números de polos, número de ranhuras por polo e por fase, bobinas totais, passo de bobina, passo polar, graus elétricos, grupos de bobinas, bobinas por grupo e escolha do número de terminais.

Figura em corte parcial de um estator, com o alongamento dos dois lados de bobinas em cada ranhura, enrolamento imbricado.

22.1 Bobinamento por Polos.

Chama-se enrolamento “por polos”, quando o número de grupos de bobinas por fase é igual ao “número de polos”.

22.2 Bobinamento pelo Método do “Polo Consecutivo”.

É quando o número de grupos de bobinas por fase é igual ao número de “pares de polos” ou seja, para cada grupo de bobinas, correspondem dois polos. Nos enrolamentos de polos consecutivos, o sentido dos valores instantâneos das correntes é o mesmo para todos os grupos de bobinas da mesma fase.

A seguir forneceremos exemplos de motor trifásicos e monofásicos, com seus diagramas planificados completos.

Exemplo 1: Motor trifásico, 36 ranhuras, 4 pólos, concêntrico, bobinamento por pólos consecutivos, meio imbricado (camada única). Ligação série para seis cabos de saída.

Exemplo 2: Motor monofásico, 24 ranhuras, 2 pólos, bobina principal, meio imbricado (camada única), concêntrica. Ligação série, ligado para dupla tensão, duplo sentido de rotação, seis cabos de saída, bobinamento por pólos.

Exemplo 3: Motor monofásico, 36 ranhuras, 4 pólos, bobina concêntrica, colocação meio imbricada (camada única), duplo sentido, dupla tensão, seis cabos de saída.

Observação: Para mais detalhes de outros exemplos de diagramas planificados completos procurar em sua biblioteca o manual de bobinagem (Weg ou Kolbach).

23. Formação de Polos Magnéticos em Maquinas de Corrente Alternada.

Segundo a fórmula (ns = ¹²⁰_2p^{ f} ) que é exata para motores síncronos e aproximada para motores assíncronos em face do escorregamento destes.

A velocidade dos motores de CA é determinada pela frequência da rede alimentação e pela quantidade de polos do motor, portanto sendo a frequência da rede impossível de mudar sem o uso de equipamentos especiais, teremos a possibilidade de alterar a velocidade do motor através da mudança do número de pólos, quanto maior for o número de polos, menor será a rotação do motor, ou inversamente, quanto menor o número de polos, maior a rotação.

A possibilidade de alterações da velocidade tem certos limites e deve ser levado em consideração que a velocidade de um motor não deve aumentar ou diminuir demasiado, porque além dos limites impostos pelas condições elétricas e magnéticas do motor, deve-se ter em conta também os rolamentos ao aumentar o número de rotações.

Todas as mudanças de funcionamento, tanto se refiram a potencia, tensão, número de fases, frequência ou polos magnéticos podem ser consideradas como reduzidas à mudança da tensão. Um motor de indução pode ser considerado como um transformador, no sentido de que o número de espiras no enrolamento deve variar na mesma proporção e da mesma maneira que varia a tensão aplicada.

A potência do motor varia diretamente com o quadrado da tensão. O número de ranhuras tanto no estator como no rotor aumenta com o número de polos.

Quando se aumenta o número de polos a superfície de um pólio diminui proporcionalmente.

Quanto maior for o número de polos menor será a espessura entre o fundo da ranhura e sua face oposta (Altura de Culatra), ou seja, menor será o ferro necessário atrás das ranhuras, tanto no estator como do rotor.

Este espaço ou espessura deve ser o suficiente para deixar passar o fluxo magnético sem aquecimento do motor.

Deve-se ter em consideração o desempenho dos mancais quando se aumenta a velocidade.

Não se deve diminuir muito as rotações para que o passo das bobinas não resulte demasiado pequeno, porque ao diminuir o passo de bobinas se diminui também sua impedância e aumenta a corrente magnetizante.

Nos motores assíncronos de rotor em curto-circuito precisa-se alterar o numero de grupos e as ligações destes grupos.

A formação de polos obedece algumas regras básicas que passaremos a conhecer:

1) Cada grupo de bobinas forma um imã N S que poderá ser representado de duas formas:

2) Nos circuitos magnéticos, a distancia entre os pólos será sempre igual.

3) O número de pólos resultante pode ser:

a) igual ao número de grupos b) o dobro do número de grupos.

4) Na ligação série, liga-se os pólos de nomes diferentes.

5) Na ligação paralela, ligam-se os pólos de mesmo nome.

6) Ao condutor da linha, ira um ou mais pólos de mesmo nome, conforme a ligação série ou paralela.

7) Exceção do item três, quando tivermos três grupos.

8) Nos motores trifásicos, a análise é feita para todos os polos de uma única fase.

1 N S

N S 4

1 N S

S N

4

1 4

N S S N

N S N S

1 4

12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

MARTIGNONI, Alfonso. Máquinas de Corrente Alternada. Globo. 1970, 354 p.

RIU, Agostín. Bobinados Elétricos. A. Pena Lelo. 1972. 263 p.

VINIGRADOV. N. V. El bobinados de Máquinas Elétricas, Moseu Mir, 1967. 404 p.

KOSOV, Stemer & Martignoni, Alfonso. Manual de tecnologias Eletromecânica, vol.

I Globo. 1980. 288 p.

WALLACE. Gray. Principio e Aplicações de Eletrotécnica.

MARTIGNONI, Alfonso. Máquinas de Corrente Contínua. Globo. 1974, 300 p.

ARIZA, Cláudio F. Manutenção Corretiva de Maquinas Elétricas Rotativas.

McGrahl-Hill, 1979, 200 p.

Roldan, José, Manual Del bolbinador de máquinas elétricas, CEAC, 1973, 268 P.

LUDWIG, Robert, Manual Práctico del bobinador eletricista, SINTES, 1971, 191 p.

CAMARENA, Pedro. Manual del bobinador de máquinas. Atlas – México, 1973. 282 p.

Catálogos:

a. Manual de motores elétricos WEG b. Motores de corrente contínua WeG;

c. Catálogo de condutores Pirelli;

d. Catálogo de motores EBERLE;

e. Filmes isolante Micaroll;

f. Catálogo de motores Arno;

g. Catálogo de Isolantes tubolares Plásticos Spagflex;