Disciplina: Instalações Elétricas II. Professor: Marcelino Vieira Lopes, Me.Eng.

(1)

Disciplina: Instalações Elétricas II

(2)

“Não há nada que seja maior evidência de insanidade do

que fazer a mesma coisa dia após dia e esperar resultados

diferentes...”

Es ta tís tic a I

2

(3)

Unidade 3: Motores Elétricos

In st alaç ões Elé tric as II

3

1. Introdução e Conceitos

2. Tipos de Motores

3. Funcionamento de motores

(4)

Exercício

4 Qual a diferença de um gerador para um motor elétrico?

Qual a diferença de corrente alternada para contínua?

Que é fator de potência?

(5)

Introdução

5 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, simplicidade de comando - com sua

construção simples e grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais

diversos tipos e melhores rendimentos.

(6)

Introdução

6 Motores Elétricos

a) Motores de corrente continua

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 e da

manutenção

.

(7)

Introdução

7 Motores Elétricos

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, ou seja, sem interferência

do escorregamento; utilizado normalmente para grandes potências

(devido ao seu alto custo em tamanhos menores).

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 o controle da

velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de

(8)

Introdução

8 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

Invertendo a rotação

Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é

feita trocando-se na “alimentação” duas fases quaisquer entre si

(uma permanece inalterada).

Determinando a rotação (rpm)

A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é

determinada pelo número de pólos do motor e pela freqüência

da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia na rotação (a

menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que

refletirá na potência e no torque do motor, neste caso podendo

até queimá-lo). Atenção: A quantidade de pólos de um motor é

por fase.

(9)

Introdução

9 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

Velocidade síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado

internamente no motor. Através dela pode-se saber o valor da

rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:

• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 6 polos:

3.3 ROTA

ÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

3.3.1 Invertendo a

rotação

Em qualquer motor trifásico, a inversão do sentido de rotação é feita trocando-se na

“alimentação” duas fases quaisquer entre si (uma permanece inalterada),

diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação

do motor (5 por 6).

3.3.2 Determinando a

rotação (rpm)

A rotação de um motor elétrico trifásico (rotor tipo gaiola) é determinada pelo número

de pólos do motor e pela freqüência da rede elétrica. A tensão elétrica não influencia

na rotação (a menos que se aplique tensão muito inferior à nominal, o que refletirá

na pot

ência e no torque do motor, neste caso podendo até queimá-lo).

Aten

ção: A quantidade de pólos de um motor é por fase.

3.3.3 Velocidade

síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Através

dela pode-se saber o valor da rotação do motor.

A equação que determina a rpm (rotações por minuto) é:

ns =

2 · 60 · f

p

Onde: ns = velocidade síncrona em rpm

f = freqüência da rede em Hz

p = número de pólos.

Exemplo: Em um motor de 2 p

ólos em rede de 60 Hz a rotação será de 3600 rpm.

3.3.4 Velocidade ass

íncrona (n)

Um pouco inferior

à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação

medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor,

descontado-se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português assíncrono significa

fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo magn

ético e a do eixo do

motor). O valor lido na placa dos motores, portanto valor nominal,

é o valor da

velocidade assíncrona.

3.3.5 Escorregamento (s)

É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e a

rota

ção do motor, sendo também chamado de deslizamento.

(10)

Introdução

10 ROTAÇÃO DO MOTOR TRIFÁSICO

Velocidade assíncrona (n)

Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotação

medida no eixo do motor. Em síntese, é a verdadeira rotação do motor,

descontado- se as perdas; daí o nome de motor assíncrono (em português

assíncrono significa fora de sincronismo, no caso entre a velocidade do campo

magnético e a do eixo do motor). O valor lido na placa dos motores, portanto

valor nominal, é o valor da velocidade assíncrona.

Escorregamento

(s)

É a diferença entre a velocidade do campo magnético (velocidade síncrona) e

a rotação do motor, sendo também chamado de deslizamento.

O escorregamento de um motor normalmente varia em função da carga:

quando a carga for zero (motor em vazio) o escorregamento será praticamente

nulo; quando for a nominal, o escorregamento também será o nominal.

• Calcule a rotação de um motor trifásico, 60Hz, que possui 4 polos

e a plena carga possui um escorregamento de 4%.

(11)

Unidade 3: Motores Elétricos: Tipos

11 Motores

C.C.

Universal

C.A.

Monofásico Linear Trifásico Síncrono Assíncrono Gaiola Rotor Bobinado Síncrono Assíncrono Gaiola de esquilo Rotor Bobinado

(12)

Unidade 3: Motores Elétricos

12

(13)

Unidade 3: Motores Elétricos

13

Um motor simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. (a) Os polos magnéticos da bobina (representados como ímã) são atraídos pelos polos opostos dos ímãs fixos. (b) A bobina gira para levar esses polos magnéticos o mais perto possível um do outro mas, (c) ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e (d) agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor. Crédito

(14)

Unidade 3: Motores Elétricos

14 Esquema de um motor de Corrente Contínua

(15)

Unidade 3: Motores Elétricos

15 Esquema de um motor UNIVERSAL

(16)

Unidade 3: Motores Elétricos

16 Esquema de um motor de Passo

(17)

Unidade 3: Motores Elétricos

17 Esquema de um motor CA Síncrono

O motor síncrono AC usa eletroímãs como estatores para fazer girar o

rotor que é um ímã permanente. O rotor gira com freqüência igual ou

múltipla daquela da AC aplicada.

(18)

Unidade 3: Motores Elétricos

18 Esquema de um motor CA Assíncrono de Indução

Lei de Lenz: A corrente induzida é tal que tende a ir contra

as causas que lhe deram origem.

(19)

Unidade 3: Motores Elétricos

19 Esquema de um motor CA Assíncrono de Rotor bobinado

Usado para motores que precisam partir com carga

16

Figura 8 – Motores de três velocidades

2.2 MOTOR DE ANÉIS

O motor de anéis tem um rotor que não está fechado em curto-circuito. Nele o rotor é bobinado e os terminais estão acessíveis externamente através de anéis coletores e escovas (carvão).

Através das escovas (carvão), é inserida resistência ao circuito do rotor no instante da partida, que é diminuída aos poucos, conforme o motor vai atingindo velocidade, até que chegue a zero (curto). Neste momento, o comportamento é exatamente igual a um motor tipo gaiola.

Figura 9 – Esquematização da ligação de um motor de rotor bobinado

1ª velocidade 3ª velocidade

1 2 3 4 5 6

motor com três enrolamentos comuns

7 8 9

2ª velocidade

motor com enrolamento Dahlander e comum

7 4 3 2 5 6 1

1ª velocidade / 2ª velocidade 3ª velocidade

8 9 10 rede rede M 3~ reostato estator rotor coletor escovas

(20)

Unidade 3: Motores Elétricos

20 O Capacitor é usado para permitir a partida do motor, defasando

a corrente e criando um polo auxiliar

12

Fonte: http://www.eberle.com.br/imagens/m3.gif 10/04/2002 Figura 1 – Motor monofásico de fase auxiliar

Figura 2 – Motor monofásico de fase auxiliar 2 pólos

Figura 3 – Ligações do motor monofásico de fase auxiliar para 110 e 220 V

220V 4 2 3 1 6 5 1 2 5 3 4 6 110 V rotor bobina de trabalho bobina de trabalho circuito de arranque 1 3 6 5 2 4 interruptor automático capacitor

(21)

Unidade 3: Motores Elétricos

21

(22)

Conjugado, Energia e Potência

22 CONJUGADO (TORQUE de um motor)

O conjugado (também chamado torque ou momento) é a medida do esforço

necessário para girar um eixo.

Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um

processo semelhante ao usado em poços a força F que é preciso aplicar à

manivela depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a

manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o tamanho E da

manivela, a força F necessária será diminuída à metade.

Especiﬁcação do Motor Elétrico

7 1.2 Conceitos Básicos

São apresentados a seguir os conceitos de algumas

grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para

melhor acompanhar as explicações das outras partes deste

guia.

1.2.1 Conjugado

O conjugado (também chamado torque ou momento) é a

medida do esforço necessário para girar um eixo.

Pela experiência prática observa-se que para levantar um

peso por um processo semelhante ao usado em poços

(

ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a

manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o

tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída

à metade.

No exemplo da ﬁgura 1.1, 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, precisa-se de 10 N na

manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada.

O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da

força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado

vale:

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

C = F . E (N . m)

1.2.2 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

(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do

poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Nm

Nota: 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 = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo

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:

F . d

P

_mec

= (W)

t

490 P

₁

= = 245 W

2,0

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de

realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária

será:

490 P

₂

= = 377 W

1,3

A unidade usada no Brasil para medida de potência

mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW

(unidade de medida utilizada internacionalmente para o

mesmo ﬁm).

Relação entre unidades de potência

P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

245 1

377 1

P

₁

= = cv P

₂

=

= cv

736 3

736 2

Para movimentos circulares

C = F . r (N.m)

. d. n

v =

(m/s)

60 F . d

P

_mec

=

(cv)

736 . t

onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

1.2.3 Energia e potência elétrica

Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar

de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma

rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que

irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia

elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma

de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da

rede e a transforma em energia mecânica disponível na

ponta do eixo.

Figura 1.1

(23)

Conjugado, Energia e Potência

23 Energia e Trabalho

No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia

gasta, ou trabalho (W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do

poço é sempre a mesma, valendo:

W = F x d = 20 N x 24,5 m =490 Nm

Nota: 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)

(24)

Introdução

24 Potência

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 será́:

Especiﬁcação do Motor Elétrico

7 1.2 Conceitos Básicos

São apresentados a seguir os conceitos de algumas

grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para

melhor acompanhar as explicações das outras partes deste

guia.

1.2.1 Conjugado

O conjugado (tamb

ém chamado torque ou momento) é a

medida do esforço necessário para girar um eixo.

Pela experiência prática observa-se que para levantar um

peso por um processo semelhante ao usado em poços

(

ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a

manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o

tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída

à metade.

No exemplo da ﬁgura 1.1, 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, precisa-se de 10 N na

manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada.

O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da

força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado

vale:

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

C = F . E (N . m)

1.2.2 Energia e pot

ência 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

(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do

poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Nm

W = F . d (N . m)

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:

F . d

P

_mec

= (W)

t

490 P

₁

= = 245 W

2,0

Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de

realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária

será:

490 P

₂

= = 377 W

1,3

A unidade usada no Brasil para medida de potência

mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW

(unidade de medida utilizada internacionalmente para o

mesmo ﬁm).

Relação entre unidades de potência

P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

245 1

377 1

P

₁

= = cv P

₂

=

= c v

736 3

736 2

Para movimentos circulares

C = F . r (N.m)

. d. n

v =

(m/s)

60 F . d

P

_mec

=

(cv)

736 . t

onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

1.2.3 Energia e pot

ência elétrica

Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar

de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma

rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que

irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia

elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma

de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da

rede e a transforma em energia mecânica disponível na

ponta do eixo.

Figura 1.1

www.weg.net

Especiﬁcação do Motor Elétrico 7 1.2 Conceitos Básicos

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

1.2.1 Conjugado

O conjugado (também chamado torque ou momento) é a medida do esforço necessário para girar um eixo. Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços (ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída à metade.

No exemplo da ﬁgura 1.1, 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, precisa-se de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada. O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado vale:

C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm C = F . E (N . m)

1.2.2 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 (W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m = 490 Nm

W = F . d (N . m)

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:

F . d Pmec = (W) t 490 P₁= = 245 W 2,0

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

490

P₂ = = 377 W 1,3

A unidade usada no Brasil para medida de potência mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW (unidade de medida utilizada internacionalmente para o mesmo ﬁm).

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

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão: 245 1 377 1 P1 = = cv P2 = = c v

736 3 736 2 Para movimentos circulares

C = F . r (N.m) . d. n v = (m/s) 60 F . d Pmec = (cv) 736 . t onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

1.2.3 Energia e potência elétrica

Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da rede e a transforma em energia mecânica disponível na ponta do eixo.

Figura 1.1

(25)

Conjugado, Energia e Potência

25 Potência

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 será́:

A unidade usada no Brasil para medida de potência mecânica é o cv

(cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW (unidade de medida utilizada

internacionalmente para o mesmo fim).

Relação entre unidades de potência:

P (kW) = 0,736 . P (cv)

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

1.2 Conceitos Básicos

1.2.1 Conjugado

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

Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços

(ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída à metade.

No exemplo da ﬁgura 1.1, 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, precisa-se de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada.

O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado vale:

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 (W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Nm

W = F . d (N . m)

F . d P_mec = (W) t 490 P₁= = 245 W 2,0

490

P₂ = = 377 W 1,3

Relação entre unidades de potência

P (kW) = 0,736 . P (cv) P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

245 1 377 1

P₁= = cv P₂ = = cv

736 3 736 2

Para movimentos circulares C = F . r (N.m) . d. n v = (m/s) 60 F . d P_mec = (cv) 736 . t onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

Figura 1.1

www.weg.net

1.2.1 Conjugado

Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços (ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada.

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

C = F . E (N . m)

490 Nm

W = F . d (N . m)

F . d P_mec = (W) t 490 P₁= = 245 W 2,0

490

P₂ = = 377 W 1,3

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão: 245 1 377 1 P₁= = cv P₂ = = c v

736 3 736 2

Para movimentos circulares

C = F . r (N.m) . d. n v = (m/s) 60 F . d P_mec = (cv) 736 . t onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

Figura 1.1

www.weg.net

Especiﬁcação do Motor Elétrico 7

1.2 Conceitos Básicos

São apresentados a seguir os conceitos de algumas grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para

melhor acompanhar as explicações das outras partes deste

guia.

1.2.1 Conjugado

Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços

(ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada.

aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem

24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho (W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =

490 Nm

W = F . d (N . m)

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

F . d P_mec = (W) t 490 P₁= = 245 W 2,0

490

P₂ = = 377 W

1,3

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão:

245 1 377 1

P₁= = cv P₂ = = c v

736 3 736 2

Para movimentos circulares C = F . r (N.m) . d. n v = (m/s) 60 F . d P_mec = (cv) 736 . t onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

Figura 1.1

www.weg.net

1.2.1 Conjugado

Pela experiência prática observa-se que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços (ﬁgura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela

20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E 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 centro eixo a força é aplicada. O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado vale:

490 Nm

W = F . d (N . m)

F . d P_mec = (W) t 490 P₁= = 245 W 2,0

490

P₂ = = 377 W 1,3

P (cv) = 1,359 P (kW)

Então as potências dos dois motores acima serão: 245 1 377 1 P₁= = cv P₂ = = cv

736 3 736 2 Para movimentos circulares

C = F . r (N.m) . d. n v = (m/s) 60 F . d P_mec = (cv) 736 . t onde: C = conjugado em Nm F = força em N r = raio da polia em m v = velocidade angular em m/s d = diâmetro da peça em m n = velocidade em rpm

Figura 1.1

(26)

Conjugado, Energia e Potência

26 Energia e potência elétrica

Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar de formas

diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma rede elétrica com tensão,

passará uma corrente elétrica que irá aquecer a resistência. A resistência

absorve energia elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma de

energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da rede e a transforma em

energia mecânica disponível na ponta do eixo.

(27)

Ligação Estrela-Triângulo

27 U = U

_f

U=220V

U = √3 . U

_f

U=220V

Grandezas vetoriais

U

_f1

U

_f2

U

_f3

U

_f1

U

_f2

U

_f3

Linha

Fase

(28)

Ligação Estrela-Triângulo

28 I = I

_f

I

_L

= √3 . I

_f

Grandezas vetoriais

I

_f1

I

_f2

I

_f3

I

_f1

I

_f2

I

_f3

Linha

Fase

I

₁

(29)

Conjugado, Energia e Potência

29 Potência elétrica

CorrenteAlternada

1 ) Resistência (F.P. = 1)

Sistema Monofásico P = U_f . I_f (W) Sistema trifásico P = 3P_f = 3 . U_f . I_f (W)

2 ) Cargas Reativas (F.P. < 1)

(30)

Conjugado, Energia e Potência

30 Rendimento

O rendimento define a eficiência com que é feita a conversão da energia

elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia mecânica disponível no

eixo. 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 será́ a relação entre as duas, ou seja:

(31)

Exercício

31 Um motor é conectado diretamente a um sarilho com um

objetivo de içar em 20s uma carga de 1000N a uma altura de

60m. O Sarilho possui diâmetro de 0,3m. Sabendo-se que o

rendimento do motor é de 80%, que a tensão usada é de 220V

trifásico e o F.P. = 0,93 , calcule:

1. Conjugado do motor;

2. Trabalho (energia);

3. Potência mecânica;

4. Potência Ativa (elétrica);

5. Potência Aparente ;

(32)

Regra Prática Para escolha de um motor

32 Ao se especificar um motor deve-se considerar

1. Aplicação (motor CC, CA, Síncrono, Assíncrono, etc)

2. Potência

3. Rotação (número de polos)

4. Tensão (127V / 220V / 380V / 440V / 4.16kV)

5. Frequência (no Brasil: 60Hz)

6. Grau de proteção (ver tabela)

7. Carcaça: Formas construtivas / níveis de ruído (ver opções)

8. Classes de isolamento: é a especificação do isolamento térmico. Ou seja, ele especifica qual é a máxima temperatura que o bobinado do motor pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil. Existem três classes de isolamento:

• B 135o_C

• F 150o_C

• H 180o_C

9. Ventilação (ver opçoes)

10. Fator de Serviço: reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis (1,0 – 1,15 – 1,5)

(33)

Regra Prática Para escolha de um motor

33 Carcaça Formas construtivas (ver opções dos fabricantes e

normas)

(34)

Regra Prática Para escolha de um motor

34

(35)

Regra Prática Para escolha de um motor

35

(36)

Partidas de motores CA

36

• Partida Direta

• Partida Estrela-Triângulo

• Partida com Reversão

(37)

Partidas de motores CA

37

• Partida Estrela-Triângulo

(38)

Partidas de motores CA

38

• Partida Estrela-Triângulo

(39)

Partidas de motores CA

39

• Inversor de Frequência

• Permite partida e parada em rampa;

• Controlar a rotação do motor;

• Possui diagnóstico;

(40)

Unidade 4: Transformadores

40

1. Introdução e Conceitos

2. Tipos de Transformadores

(41)

Unidade 4: Transformadores

41 Definição:

Um dispositivo que por meio da indução eletromagnética,

transfere energia elétrica de um ou mais circuitos (primário)

para outro ou outros circuitos (secundário), usando a mesma

frequência, mas, geralmente, com tensões e intensidades de

correntes diferentes.

(42)

Unidade 4: Transformadores

42 Princípio de funcionamento:

Todo transformador é uma máquina elétrica cujo princípio de

funcionamento está baseado nas Lei de Faraday e Lei de Lenz. É

constituído de duas ou mais bobinas de múltiplas espiras enroladas

no mesmo núcleo magnético, isoladas deste, não existindo conexão

elétrica entre a entrada e a saída do transformador. Uma tensão

variável aplicada à bobina de entrada (primário) provoca o fluxo de

uma corrente variável, criando assim um fluxo magnético variável

no núcleo. Devido a este é induzida uma tensão na bobina de saída

(ou secundário), que varia de acordo com a razão entre os números

de espiras dos dois enrolamentos.

(43)

Unidade 4: Transformadores

43 Princípio de funcionamento:

(44)

Unidade 4: Transformadores

44 TRANSFORMADOR IDEAL

Para considerar um transformador ideal, as seguintes hipóteses devem

ser assumidas:

• todo o fluxo deve estar confinado ao núcleo e enlaçar os dois

enrolamentos;

• as resistências dos enrolamentos devem ser desprezíveis;

• as perdas no núcleo devem ser desprezíveis;

• a permeabilidade do núcleo deve ser tão alta que uma quantidade

desprezível de fmm é necessária para estabelecer o fluxo.

(45)

Unidade 4: Transformadores

45 a: relação de transformação.

(46)

Unidade 4: Transformadores

46

(47)

Unidade 4: Transformadores

47 TRANSFORMADOR COM PERDA

Ao contrário do transformador ideal, os transformadores reais

apresentam perdas que devem ser consideradas, pois nem todo o

fluxo está confinado ao núcleo, havendo fluxo de dispersão nos

enrolamentos. Da mesma forma, há perdas ôhmicas nos enrolamentos

e há perdas magnéticas (histerese magnética) no núcleo:

1. Perdas no cobre: resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras

primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob

a forma de calor (Perdas Joule) e não podem ser evitadas.

2. Perdas no ferro:

a. por histerese: energia transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador.

b. por correntes parasitas: quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro (perdas por correntes de Foucault).

(48)

Unidade 4: Transformadores

48 Regulação de Tensão

Para manter na saída de um transformador, sob carga variável, um

nível de tensão constante, é empregado um regulador que pode estar

presente no próprio transformador, através de derivações na bobina

do primário.

Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primário e

500 espiras no secundário apresentado na Figura abaixo:

220V

110V

(49)

Unidade 4: Transformadores

49 Regulação de Tensão

Para manter na saída de um transformador, sob carga variável, um

nível de tensão constante, é empregado um regulador que pode estar

presente no próprio transformador, através de derivações na bobina

do primário.

Como exemplo, seja o transformador com 1100 espiras no primário e

500 espiras no secundário apresentado na Figura abaixo:

(50)

Transformadores Trifásicos

50 Transformador Trifásico

• Um transformador trifásico é constituído de pelo menos três

enrolamentos no primário e três enrolamentos no secundário, os quais

podem estar conectados tanto em Y (estrela) quanto em ∆ (triângulo ou

delta). A ligação em Y ou ∆ dos enrolamentos é estabelecida através da

conexão dos seus terminais, conforme mostra a Figura:

• Essas várias formas de conexão dão origem aos quatro tipos de ligação

dos transformadores trifásicos: Y-Y, Y-∆, ∆-Y e ∆-∆. Cada um desses tipos

possui propriedades diferentes que determinam o uso mais adequado

conforme a aplicação.

(51)

Transformadores Trifásicos

51 RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

• Ligação Y - ∆

• Ligação ∆ - Y

(52)