Prof. Isanonio

MOTORES ELÉTRICOS

Os motores monofásicos de fase auxiliar são um dos vários tipos de motores monofásicos existentes. Utilizados principalmente em máquinas como motobombas, compressores, furadeiras, serras, cortadores de grama etc., são, em geral, máquinas de pequeno porte, já que são fabricados normalmente em potências de até 2 cv.

 É raro serem encontrados acima desta potência, pois a utilização de motores trifásicos fica economicamente mais viável. O estator desses motores é constituído resumidamente por dois bobinados, chamados bobinado principal (ou de trabalho) e bobinado auxiliar (ou de partida; arranque). Na partida do motor, os dois bobinados ficam energizados; tão logo o rotor atinja sua velocidade, o bobinado de arranque é desligado, permanecendo em funcionamento somente as bobinas de trabalho.
A bobina de arranque do motor possui ligado em série consigo um capacitor e um interruptor automático (e é normalmente feita com fio mais fino). O interruptor automático (na maioria dos motores formado por um interruptor centrífugo associado a um platinado, embora não seja o único modelo existente) desliga a bobina de arranque após a partida do motor. Já o capacitor faz com que surja no interior do motor um campo magnético girante, que impulsionará o motor a partir. Para que possa funcionar em duas tensões diferentes (110 ou 220 V), a bobina de trabalho desses motores é dividida em duas, tendo a possibilidade de as partes serem conectadas em série ou em paralelo, de acordo com a tensão da rede elétrica. Cada parte deve receber no máximo 110 V, que corresponde à menor tensão de funcionamento do motor (Figura 3). A inversão da rotação é feita invertendo-se o sentido da corrente na bobina auxiliar, ou seja, troca-se o terminal 5 pelo 6.

 

MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS

São máquinas que produzem energia mecânica a partir de energia elétrica. Esses motores são alimentados por redes trifásicas, daí seu nome, tendo vários tipos e formas de ligações. Os motores elétricos trifásicos são os mais utilizados na indústria, por terem o melhor custo benefício na comparação com os demais (evidentemente que nas aplicações compatíveis).

MOTOR TRIFÁSICO DE MÚLTIPLAS VELOCIDADES

Este tipo de motor proporciona velocidades diferentes em um mesmo eixo. Na grande maioria, são para apenas um valor de tensão, pois as religações disponíveis geralmente permitem apenas a troca das velocidades. A potência e a corrente para cada rotação são diferentes. Existem basicamente dois tipos: motor de enrolamentos separados e motor tipo Dahlander.

Motor de enrolamentos separados

Baseado em que a rotação de um motor elétrico (rotor gaiola) depende do número de pólos magnéticos formados internamente em seu estator, este tipo de motor possui na mesma carcaça dois enrolamentos independentes e bobinados com números de pólos diferentes. Ao alimentar um ou outro, se terá duas rotações, uma chamada baixa e outra, alta.
As rotações dependerão dos dados construtivos do motor, não havendo relação obrigatória entre baixa e alta velocidade. Exemplos: 6/4 pólos (1200 /1800 rpm); 12/4 pólos (600/1800 rpm), etc.
Atenção: Ao alimentar uma das rotações, deve-se ter o cuidado de que a outra esteja completamente desligada, isolada e com o circuito aberto, pelos seguinte motivos:
– não há possibilidade de o motor girar em duas rotações simultaneamente;
– nos terminais não conectados à rede haverá tensão induzida gerada pela bobina que está conectada (neste sistema tem-se construído basicamente um transformador trifásico);
– caso circule corrente no enrolamento que não está sendo alimentado surgirá um campo magnético que interferirá com o campo do enrolamento alimentado;
– não é interessante que circule corrente no bobinado que não está sendo utilizado, tanto por questões técnicas como econômicas (consumo de energia).
Essas são as razões pela quais os enrolamentos destes motores são fechados internamente em estrela (Y).

 

Motor Dahlander

É um motor com enrolamento especial que pode receber dois fechamentos diferentes, de forma a alterar a quantidade de pólos, proporcionando, assim, duas velocidades distintas, mas sempre com relação 1:2.

Exemplos: 4/2 pólos (1800/3600 rpm); 8/4 (900

/1800 rpm).

Motor de tripla velocidade

Um motor de três velocidades pode ser construído basicamente de duas formas: três enrolamentos separados ou um enrolamento comum com um Dahlander. É de extrema importância que o enrolamento Dahlander possa ser aberto no segundo caso, pois, caso contrário, surgirão correntes induzidas quando for alimentado o enrolamento comum, que influenciarão no funcionamento do motor.
Portanto, elas não podem existir. A razão para serem evitadas é que nesses motores tem-se exatamente o sistema de um transformador trifásico. Os motores com três enrolamentos preferencialmente são fechados em estrela para evitar os mesmos problemas. Caso necessitem da ligação triângulo, é obrigatória a possibilidade de interrompê-la quando não estiver sendo alimentada. 

 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.

 

Como todo motor de indução forma basicamente um transformador, onde o estator é o primário e o rotor o secundário, e neste tipo específico o rotor não está em curto-circuito, não há grande pico de corrente na partida do motor de anéis. A corrente de partida e a corrente nominal têm basicamente o mesmo valor se o motor parte sem carga. Evidentemente, quando parte com carga, há um aumento da corrente de partida, mas esta é muito baixa (Ip/In ? 2,5) se comparada com motores de rotor em curto.
Esse tipo de motor é indicado para partidas com carga, devido ao grande conjugado de partida. Pode ser usado também em máquinas que necessitam de controle de rotação, pois, conforme se retira ou insere resistência ao rotor, sua velocidade varia.
Nesta situação deve-se compensar a carga no motor para evitar o sobreaquecimento, já que a auto-refrigeração (ventoinha) diminui. O valor das resistências de partida, bem como suas potências, devem ser dimensionados especificamente para cada motor conforme as necessidades de torque na partida. Na placa de identificação pode-se ver a tensão e a corrente do rotor, valores que servirão de bases para cálculos. O comando dos circuitos para a instalação desses motores deve ser projetado para que o motor não dê partida se as resistências não estiverem na posição exata (máxima resistência), para evitar o uso incorreto.
Estes motores são mais caros que os de rotor em curto, e exigem maiores cuidados de manutenção. Os inversores de freqüência e os soft-starters têm tomado o mercado eles.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS E MECÂNICAS DOS MOTORES
TRIFÁSICOS

Um motor elétrico é acompanhado de uma placa de identificação onde são informados suas principais características. Outras precisam ser obtidas com o fabricante através de catálogos ou consultas diretas. Destacam-se nas características dos motores elétricos trifásicos:

3.1 TENSÃO DE FUNCIONAMENTO

A grande maioria dos motores elétricos são fornecidos com os terminais religáveis, de modo que possam funcionar ao menos em dois tipos de tensões. No presente capítulo descrevem-se os principais tipos de religações.

3.1.1 Ligação estrela-triângulo

Este tipo de ligação exige seis terminais do motor, e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual à primeira multiplicada por raiz de 3 .
(Exemplos: 220/380 V - 380/660 V - 440/760 V)
Nota: Uma tensão acima de 600 V não é considerada baixa tensão; está na faixa de alta tensão, onde as normas são outras. Nos exemplos 380/660 V e 440/760 V a tensão maior declarada serve somente para indicar que o motor pode ser ligado em estrela-triângulo, pois 

não existem linhas nesses valores.
 

Ligação série-paralelo

Este tipo de ligação exige nove terminais no motor, e é usado com tensões nominais duplas, sendo a segunda o dobro da primeira. Existem basicamente dois tipos de religações para estes motores: estrela / duplo-estrela e triângulo / duplo-triângulo.

 

Os motores de doze terminais não possuem ligações internas entre bobinas, o que possibilita os quatro tipos de religação externamente no motor. As possíveis são 220, 380, 440 e 760*V (*somente para partida). veja abaixo:

 

CORRENTES NO MOTOR TRIFÁSICO

O motor trifásico é um consumidor de carga elétrica equilibrada. Isto significa que todas as suas bobinas são iguais, ou seja, têm a mesma potência, são para mesma tensão e, conseqüentemente, consomem a mesma corrente. Logo, as correntes medidas nas três fases sempre terão o mesmo valor. Internamente as correntes nas bobinas de um mesmo motor sempre serão iguais, independentemente para qual tensão este for conectado. Já na rede (externamente, nos terminais de alimentação) os valores serão diferentes para cada tensão.

 Corrente nominal (In)

A corrente nominal é lida na placa de identificação do motor, ou seja, aquela que o motor absorve da rede quando funcionando à potência nominal, sob tensão e freqüência nominais. Quando houver mais de um valor na placa de identificação, cada um refere-se a tensão ou a velocidade diferente.

Corrente de partida (Ip/In) 

Os motores elétricos solicitam da rede de alimentação, durante a partida, uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 10 vezes a corrente nominal. Este valor depende das características construtivas do motor e não da carga acionada. A carga influencia apenas no tempo durante o qual a corrente de acionamento circula no motor e na rede de alimentação (tempo de aceleração do motor).
A corrente é representada na placa de identificação pela sigla Ip/In (corrente departida / corrente nominal).


Atenção: Não se deve confundir com a sigla IP, que significa grau de proteção.


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), diferentemente dos motores monofásicos de fase auxiliar, onde é trocada a ligação do motor (5 por 6).

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.

Velocidade síncrona (ns)

É a velocidade do campo magnético girante formado internamente no motor. Atravésdela pode-se saber o valor da rotação do motor.

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

 

Velocidade assíncrona (n)

Um pouco inferior à velocidade síncrona, a velocidade assíncrona é a rotaçãomedida 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.

Escorregamento

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.
O escorregamento pode ser dado em rpm ou em %. Exemplo: motor de quatro pólos – 60 Hz - 1746 rpm. O escorregamento é de 54 rpm ou 3% (ns = 1800 rpm).
Na placa de identificação geralmente é informada a rpm nominal (a plena carga) e não o escorregamento do motor, havendo necessidade de calculá-lo caso interesse.


TORQUE

Torque é a medida do esforço necessário para se girar um eixo. Freqüentemente é confundido com “força”, que é um dos componentes do torque. É o produto da  distância e da força, também conhecido por conjugado, momento, par e binário.

T = F x d Onde:
T = Torque em mkgf
F = Força em kgf
d = distância em m
Quando se coloca uma carga a ser movimentada por um motor, a força que ele pode fazer estará ligada diretamente ao comprimento da alavanca a partir do centro do eixo. Logo, não se pode determinar um valor fixo para a força de um motor. Quando se especifica a força relacionando-a com o comprimento da alavanca, ou seja, determina o torque deste motor, é possível saber qual a carga máxima que este poderá acionar para cada alavanca construída