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Motores elétricos, Notas de estudo de Eletromecânica

6 ? MOTORES ELÉTRICOS 6.1 NOÇÕES FUNDAMENTAIS A primeira indicação de que poderia haver um intercâmbio entre a energia elétrica e a energia mecânica foi mostrada por Michael Faraday em 1831, através da Lei da Indução Eletromagnética, considerada uma das maiores descobertas individuais para o progresso da ciência e aperfeiçoamento da humanidade. Baseado nos estudos de Faraday, o físico italiano Galileu Ferraris, em 1885, desenvolveu o primeiro motor elétrico assíncrono de corr

Tipologia: Notas de estudo

Antes de 2010

Compartilhado em 05/09/2009

antonival-santana-de-sousa-7
antonival-santana-de-sousa-7 🇧🇷

4.6

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Baixe Motores elétricos e outras Notas de estudo em PDF para Eletromecânica, somente na Docsity! MANUTENÇÃO ELÉTRICA INDUSTRIAL * MOTORES ELÉTRICOS * Vitória – ES 2006 6 – MOTORES ELÉTRICOS 6.1 NOÇÕES FUNDAMENTAIS A primeira indicação de que poderia haver um intercâmbio entre a energia elétrica e a energia mecânica foi mostrada por Michael Faraday em 1831, através da Lei da Indução Eletromagnética, considerada uma das maiores descobertas individuais para o progresso da ciência e aperfeiçoamento da humanidade. Baseado nos estudos de Faraday, o físico italiano Galileu Ferraris, em 1885, desenvolveu o primeiro motor elétrico assíncrono de corrente alternada. O motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica – baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos mais comuns de motores elétricos são: a) Motores de Corrente Contínua – são motores de custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de CC, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada disponível 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 mais alto da instalação. b) Motores de Corrente Alternada – são os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: Motor Síncrono: funciona com velocidade fixa, sendo utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Motor de Indução: funciona normalmente com uma velocidade constante que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a 1 Note que o número de pólos do motor terá de ser sempre par, para formar os pares de pólos. Para as freqüências e “polaridades” usuais, as velocidades síncronas são: Rotação síncrona (rpm) Número de pólos 50 Hertz 60 Hertz 2 3000 3600 4 1500 1800 6 1000 1200 8 750 900 10 600 720 Para motores de “2 pólos”, o campo girante percorre uma volta completa no estator a cada ciclo. Assim, os graus elétricos equivalem aos graus mecânicos. Para motores com mais de 2 pólos, teremos de acordo com o número de pólos, um giro “geométrico” menor. 6.5 - ESCORREGAMENTO OU DESLIZAMENTO Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade síncrona, ou seja, diferente da velocidade do campo girante, as barras do rotor “cortam” as linhas de fluxo do campo girante e, pelas leis do eletromagnetismo, circularão nelas correntes induzidas. Quanto maior for a carga, maior terá de ser o conjugado necessário para acioná-la. Para obter este aumento de 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 a rotação do motor. Quando a carga é zero (motor a vazio) o rotor girará muito próximo da rotação síncrona. A diferença entre a velocidade do motor n e a velocidade síncrona Ns, que pode ser expressa em rpm, como fração da velocidade síncrona, ou como porcentagem desta será: s (rpm) = Ns – n s = Ns – n s (%) = Ns – n x 100 Ns Ns 4 6.6 - CARACTERÍSTICAS DA REDE DE ALIMENTAÇÃO No Brasil, o sistema de alimentação pode ser monofásico ou trifásico. O sistema monofásico é utilizado em serviços domésticos, comerciais e rurais, enquanto que o sistema trifásico, é mais utilizado em aplicações industriais, ambos em 60 Hz. As tensões monofásicas padronizadas no Brasil são as de 127 V e 220 V. Os sistemas trifásicos mais usados nas redes industriais são; Baixa tensão: 220 V, 380 V e 440 V. Média tensão: 2300V, 4160 V e 6600 V. A grande maioria dos motores elétricos trifásicos é fornecida com terminais do enrolamento religáveis, de modo a permitir o funcionamento em redes de pelo menos duas tensões diferentes. Os principais tipos de religação de terminais de motores para funcionamento em mais de uma tensão são: a) Ligação série-paralela – o enrolamento de cada fase é dividido em duas partes. Ligando as duas metades em série, cada metade ficará com a metade da tensão da fase nominal do motor. Ligando as duas metades em paralelo, o motor poderá ser alimentado com uma tensão igual a metade da tensão anterior, sem que se altere a tensão aplicada a cada bobina. Este tipo de ligação exige 9 terminais no motor e a tensão nominal (dupla) mais comum é 220/440 V. b) Ligação estrela-triângulo – o enrolamento de cada fase tem duas pontas disponibilizadas na caixa de ligação do motor. Se ligarmos as 3 fases numa combinação em triângulo, cada enrolamento receberá a tensão da linha. Se ligarmos as 3 fases numa combinação em estrela, o motor poderá ser ligado a uma linha de tensão raiz de 3 vezes maior que a tensão anterior, sem alterar a tensão no enrolamento. Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a maior seja igual a menor multiplicada por raiz de 3. Como exemplo, temos: 220/380 V ; 380/660 V; 440/760 V. 5 c) Quatro tensões nominais – podemos combinar os dois casos anteriores: cada enrolamento dividido em duas partes para ligação série-paralela e o conjunto dos 3 enrolamentos na formação estrela ou triângulo. Desse modo, temos quatro combinações possíveis de tensão nominal: Ligação triângulo-paralelo: 220 V Ligação estrela-paralela: 380 V Ligação triângulo-série: 440 V Ligação estrela-série: 760 V Este tipo de ligação exige 12 terminais para operação nos quatro valores de tensão nominal. 6.7 - CARACTERÍSTICAS DE REGIME A potência útil fornecida pelo motor na ponta do eixo é menor que a potência que o motor absorve da linha de alimentação, isto é, o rendimento do motor é sempre inferior a 100%. A diferença entre as duas potências representa as perdas que são transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para fora do motor para evitar que a elevação de temperatura seja excessiva. O mesmo acontece em todos os tipos de motores. O calor gerado pelas perdas no interior do motor é dissipado para o ar ambiente através da superfície externa da carcaça. Nos motores fechados essa dissipação é normalmente auxiliada pelo ventilador montado no próprio eixo do motor. Uma boa dissipação depende: da eficiência do sistema de ventilação; da área total de dissipação da carcaça; da diferença de temperatura entre a superfície da carcaça e do ar ambiente. O que realmente queremos limitar é a elevação da temperatura no enrolamento sobre a temperatura do ar ambiente. Esta diferença total é comumente chamada “elevação de temperatura” do motor e vale a soma da queda interna com a queda externa. 6 Os motores utilizados em regime contínuo devem ser protegidos contra sobrecargas por um dispositivo integrante do motor, ou um dispositivo de proteção independente, geralmente com relé térmico com corrente nominal ou de ajuste, igual ou inferior ao valor obtido multiplicando-se a corrente nominal de alimentação a plena carga por: 1,25: para motores com fator de serviço igual ou superior a 1,15. 1,15: para motores com fator de serviço igual a 1,0. (NBR 5410) Chama-se “Fator de Serviço” (FS) o fator que, aplicado à potência nominal, indica a carga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob condições especificadas. Note que se trata de uma capacidade de sobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento sob condições desfavoráveis. 6.9 - CARACTERÍSTICAS DO AMBIENTE Para analisar a viabilidade do uso de um motor em uma determinada aplicação deve-se levar em consideração alguns parâmetros entre os quais: Altitude em que o motor será instalado; Temperatura do meio refrigerante. Conforme a NBR-7094, as condições usuais de serviço são: a) Altitude não superior a 1000m acima do nível do mar; b) Meio refrigerante (na maioria das vezes o ar ambiente) com temperatura não superior a 40oC e isenta de elementos nocivos. Até esses valores de altitude e temperatura ambiente, consideram-se condições normais e o motor deve fornecer, sem sobreaquecimento, sua potência nominal. Motores funcionando em altitudes acima de 1000m apresentam problemas de aquecimento, causado pela rarefação do ar e, conseqüentemente, diminuição do seu poder de arrefecimento. A insuficiente troca de calor entre o motor e o ar circulante leva a exigência de redução de perdas, o que significa também, redução de potência. 9 Motores que trabalham em temperatura abaixo de –20oC, apresentam os seguintes problemas: Excessiva condensação, exigindo drenagem adicional ou instalação de resistência de aquecimento, caso o motor fique longos períodos parado. Formação de gelo nos mancais, provocando endurecimento das graxas ou lubrificantes nos mancais, exigindo o emprego de lubrificantes especiais ou graxa anticongelante. Motores que trabalham na temperatura ambiente acima de 40o C, o enrolamento pode atingir temperaturas prejudiciais à isolação. Este fato tem que ser compensado por um projeto especial do motor, usando materiais isolantes especiais ou pela redução da potência nominal do motor. 6.10 - ATMOSFERA AMBIENTE Ambientes agressivos, tais como estaleiros, instalações portuárias, indústrias de pescados, aplicações navais, indústrias químicas e petroquímicas, indústrias de cimento, etc., exigem que os motores que neles trabalham, sejam perfeitamente adequados para suportar tais circunstâncias, com elevada confiabilidade, sem apresentar problemas de qualquer espécie. Os motores para esses ambientes, apresentam algumas características especiais que os diferem dos demais, de uso geral. Como exemplo podemos citar algumas dessas características: Enrolamento duplamente impregnado; Pintura anti-corrosiva interna e externa; Placa de identificação em aço inoxidável; Ventilador de material não faiscante; Retentores de vedação entre o eixo e as tampas; Juntas de borracha para vedar a caixa de ligação; Caixa de ligação de ferro fundido. 10 6.11 - GRAUS DE PROTEÇÃO A norma NBR-6146 define os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras características IP, seguidas por dois algarismos. 1o Algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental. 1o ALGARISMO ALGARISMO INDICAÇÃO 0 Sem proteção 1 Corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm 2 Corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm 3 Corpos estranhos de dimensões acima de 2,5 mm 4 Corpos estranhos de dimensões acima de 1,0 mm 5 Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao motor 6 Totalmente protegido contra a poeira 2o Algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do motor. 2o ALGARISMO ALGARISMO INDICAÇÃO 0 Sem proteção 1 Pingos de água na vertical 2 Pingos de água até a inclinação de 15o com a vertical 3 Água de chuva até a inclinação de 60o com a vertical 4 Respingos de todas as direções 5 Jatos d’ água de todas as direções 6 Água de vagalhões 7 Imersão temporária 8 Imersão permanente As combinações entre os dois algarismos, isto é, entre os dois critérios de proteção, estão resumidos na tabela a seguir. 11
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