Motores eletricos, Notas de estudo de Eletrônica

Baixe Motores eletricos e outras Notas de estudo em PDF para Eletrônica, somente na Docsity! MOTORES ELÉTRICOS No nosso cotidiano estamos constantemente utilizando equipamentos que possuem um motor elétrico: liquidificares, ventiladores, batedeiras e furadeiras, apenas para citar alguns mais comuns. Em um motor eletrico ocorre transformação de energia elétrica em energia mecânica, sob a forma de energia cinética de rotação do eixo. Um motor elétrico é essencialmente, constituído por um condutor dobrado na forma de um quadro e percorrido por corrente elétrica, imerso em um campo magnético. Ao ser percorrido por uma corrente elétrica um dos lados do quadro fica sujeito a uma força ascendente, e o lado oposto a uma força descendente. Isso provoca o surgimento de um binário que obriga o quadro a girar ate que fique vertical nessa posição o quadro o para de rodar a menos que o sentido da corrente elétrica seja invertido. A inversão no sentido da corrente elétrica e feita cada meia volta utilizando-se um comutador. Formado por um anel metálico dividido em duas metades, tonando permanente o movimento do quadro. A corrente entra e sai do comutador através de duas escovas de carbono. ELETROMAGNETISMO Conceitos básicos: Toda carga elétrica (q) imersa num campo de indução magnética (B) e dotada de velocidade (V), de direção não coincidente com a direção do campo, e fica sujeita a uma força (Fm) de origem eletromagnética. A força magnética Fm é sempre perpendicular ao plano definido por V (velocidade) e B (campo magnético). O sentido dessa força pode ser obtido pela conhecida "regra da mão esquerda", onde o dedo indicador representa B, o dedo médio representa V e o polegar a força magnética Fm. Um ímã em forma de anel (retirado de um alto falante) produz um campo magnético conforme demonstrado na figura a seguir. Os portadores de carga elétrica são os elétrons (que transportam carga negativa) e os íons (cátions transportam cargas positivas e ânions cargas negativas). Em função do tipo de portadores de carga elétrica, diferenciamos os condutores elétricos. Independentemente do tipo de portador, o sentido convencional da corrente elétrica é sempre do positivo do gerador (+) para o negativo (-). Na ilustração a seguir, i indica o sentido convencional da corrente elétrica nos diversos circuitos. Um dos fios do estator deve ser ligado em um dos mancais. A outra extremidade do fio do estator vai para um dos pólos da pilha e, do outro mancal sai um fio para o outro pólo da pilha. A bobina deve ter de 20 a 30 espiras e sua extremidades devem ficar retas e diametralmente opostas. Um desses extremos deve ser totalmente raspado para retirar o verniz isolante. O outro extremos deve ser apenas parcialmente raspado para funcionar como comutador de corrente elétrica. MOTOR DE ROTOR LÍQUIDO A força magnética empurra os íons e arrasta o líquido. A ilustração abaixo mostra uma seção transversal da montagem e uma vista de topo. Através dela você poderá observar bem o movimento dos cátions e ânions, o campo magnético do ímã (B) e o sentido da força magnética (Fm) que age nesses íons, arrastando consigo o liquido todo e fazendo-o girar ao redor do pino central. Após ligada a fonte de alimentação no motor (6VDC, + no eletrodo central e - no funil), a corrente elétrica começa a circular no condutor iônico, do eletrodo central para o funil (sentido convencional da corrente). Essa corrente é formada por cátions (que caminham do centro para a periferia) e por ânions (que caminham da periferia para o centro). O campo de indução magnética mantido pelo ímã (B) é, no nosso exemplo, vertical para cima, e age tanto nas cargas positivas (cátions) como nas negativas (ânions). Pela regra da mão esquerda você poderá constatar que as forças magnéticas surgem sempre no sentido de arrastar as cargas movimentando-as no sentido horário. Esse "arrastão" leva consigo o líquido todo e esse se põe a girar. UTILIZAÇÃO DOS MOTORES ELÉTRICOS Os campos magnéticos criados no interior e ao redor das bobinas ficam mais intensos quando se coloca, no interior da bobina, um núcleo de ferro. O ferro tem a propriedade de concentrar as linhas de indução produzidas pela corrente elétrica que circula nessas bobinas. A bobina, com núcleo de ferro, recebe o nome de eletroímã. A energia mecânica extraída de um motor de eletroímãs é bem maior que aquelas desenvolvidas nos outros motores. É o projeto que mais se aproxima dos motores convencionais. Fases do funcionamento de um rotor de eletroímã CRITÉRIOS PARA DIMENSIONAR UM MOTOR ELÉTRICO 1) Curva : Conjugado x Rotação x Conjugado Resistente Devemos analisar a curva característica do Motor elétrico com a curva da carga para verificar se o Motor Elétrico vai conseguir acionar a carga. Para tanto é necessário que os valores Cp>Cr e Cmáx seja o maior possível para que o Motor Elétrico vença eventuais picos de carga como pode ocorrer em certas aplicações como por exemplo : Britadores, Calandras, Misturadores e outras além de não "travar", isto é, perder bruscamente a velocidade quando ocorrerem quedas de tensão excessivas momentaneamente. 2) Categorias de Conjugados conforme NBR 7094/96 Conforme as suas características de Conjugado em relação à velocidade e corrente de rotor bloqueado (Ip) , os Motores Elétricos de indução trifásicos com rotor de gaiola de esquilo são classificados em cinco categorias conforme a norma NBR 7094/96 para 2,4,6 e 8 pólos e potência até 630 KW (856 cv) com tensão nominal <= 600 V. Categoria N - motores elétricos com conjugado de rotor bloqueado normal. Categoria NY - motores elétricos semelhantes à categoria N, porém previstos para partida estrela-triângulo. Categoria H -motores com conjugado de partida maiores que os da categoria N. Categoria HY - motores elétricos semelhantes à categoria H, porém previstos para partida estrela-triângulo. Categoria D - motores elétricos com conjugado de rotor bloqueado e escorregamento elevados. Para motores elétricos de indução de gaiola, trifásicos, para tensão nominal > 600 V, qualquer potência, conjugado de partida normal e partida direta valem os seguintes valores mínimos de conjugados: Cp/Cn = 0,6 Cmín/Cn = 0,5 Cmáx/Cn = 1,60 Onde: Cp = conjugado com rotor bloqueado Cmáx = conjugado máximo Cmín = conjugado mínimo 3) Momento de Inércia ( J ) O Momento de Inércia é uma medida da resistência que um corpo oferece a uma mudança em seu movimento de rotação em torno de um dado eixo. O momento de Inércia da Carga acionada (Jc) é uma das características fundamentais para verificar, através do tempo de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro das condições exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade térmica do material isolante. Quando o momento de inércia da carga tiver em rotação diferente da do motor como nos casos em que o acoplamento não for direto (polias e engrenagens) este deverá ser referido a rotação nominal do motor de acordo com a fórmula: Jcm = Jc (Nc/Nn)² (kgm²) Onde: Jcm = Momento de inércia da carga referido ao eixo do motor (kgm²). Jc = Momento de inércia da carga (kgm²). Nn = Rotação nominal do motor (rpm). Nc = Rotação da carga (rpm). Se o Motor elétrico for operar em ambientes agressivos, como, estaleiros, instalações portuárias, indústria de pescado, indústria petroquímica, exigem que os mesmos possuam: - enrolamento duplamente impregnado; - pintura anticorrosiva; - placa identificação em aço inoxidável; - elementos de montagem zincados; - retentores de vedação tampas dianteira e traseira; - juntas para vedar caixa de ligação; - massa de calafetar na passagem dos cabos de ligação; - caixa de ligação de ferro fundido; - Ventilador de material não faiscante (polipropileno); - Labirinto metálico tipo taconite (para ambientes empoeirados); - Prensa-cabos; - Vedação c/bujão ou drenos de saída de água do interior do motor. 7) Classe de Isolamento Atualmente o material isolante mais utilizado em motores elétrico tem classe de temperatura B. Isto significa que estes materiais, instalados em locais onde a temperatura ambiente é no máximo 40º C, podem trabalhar com uma elevação de temperatura de 80 K continuamente sem perder suas características isolantes. Quando o Motor Elétrico for trabalhar com Inversor de Freqüência a classe de isolamento deverá ser no mínimo F. Abaixo estão os valores da temperatura para as classes de isolamentos A,E,B,F e H: Classe Isolamento A = temp do ponto mais quente = 105 º C Classe Isolamento E = temperatura do ponto mais quente = 120 º C Classe Isolamento B = temperatura do ponto mais quente = 130 º C Classe Isolamento F = temperatura do ponto mais quente = 155 º C Classe Isolamento H = temperatura do ponto mais quente = 180 º C 8) Proteção Elétrica O principal fator para determinação da confiabilidade do serviço, bem como para a vida útil do motor elétrico recai na escolha do tipo de proteção a ser utilizada. Existe basicamente dois tipos de proteção, uma dependente da corrente (fusíveis, relés bimetálicos de sobrecarga e relés eletromagnéticos) e outra que depende diretamente da temperatura do enrolamento do motor elétrico (termistores e termostatos). Os fusíveis somente protegem os motores elétricos contra curto- circuitos mas não os protegem contra sobrecarga. Os relés bimetálicos de sobrecarga oferecem somente proteção para o motor em serviços contínuos e com poucas ligações por hora, aceleração de curta duração e corrente de rotor bloqueado (Ip) de baixo valor, esta proteção para serviços intermitentes não é confiável. Os termistores e termostatos operam diretamente no local onde a temperatura do enrolamento está elevada , por isso são mais eficientes. Os termostatos são formados de pequenos contatos bimetálicos e portanto interrompe o circuito sem o auxílio de reles, o único inconveniente é que se forem submetidos a uma corrente excessiva podem "colar" os seus contatos não sendo mais eficientes. Os termistores são semicondutores que possuem sua resistência ôhmica variáveis com a temperatura, não são dispositivos que interrompem o circuito logo, necessitam operar em conjunto com um relé adequado mesmo assim são os preferidos para usar na proteção dos motores elétricos, poderemos usar dependendo da classe de isolação do motor elétrico e sua aplicação para alarme e desligamento. Deveremos citar também um tipo de proteção térmica que é a resistência calibrada tipo RDT que varia linearmente com a temperatura (PT 100) que pode ser solicitada ao fabricante de motores elétricos quando for necessária sua aplicação. 9) Grau de proteção do invólucro A norma NBR 6146 define os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio de letras características IP seguidos por dois algarismos: 1º) algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental: 0 - sem proteção; 1 - proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm; 2 - proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm; 4 - proteção contra corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm; 5 - proteção contra o acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento; 6 - proteção total contra a poeira. 2º) algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do equipamento: 0 - sem proteção; 1 - pingos d'água na vertical; 2 - pingos d'água até a inclinação de 15º com a vertical; 3 - água da chuva até a inclinação de 60º com a vertical; 4 - respingos d'água de todas as direções; 5 - jatos d'água de todas as direções; 6 - água de vagalhões. Para a maioria das aplicações são suficientes motores elétricos com grau de proteção IP54 (ambientes muitos empoeirados) ou IP55 (casos em que os equipamentos são lavados periodicamente com mangueiras, como nas industrias de laticínios e fábrica de papel). A letra W colocada entre as letras IP e os algarismos indicam o grau de proteção, indica que o motor elétrico é protegido contra intempéries. 10) Diversos itens 10.1) Fator de Serviço: é um multiplicador que quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e freqüência nominais e com limite de elevação de ), fator de?temperatura do enrolamento. Porém os valores de rendimento ( potência (fp) e velocidade podem diferir dos valores nominais, mas o conjugado e a corrente de rotor bloqueado mais o conjugado máximo (Cmáx) permanecem inalterados. A utilização do fator de serviço implica uma vida útil inferior àquela do motor com carga nominal. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea que o motor pode suportar geralmente até 60 % da carga nominal, durante 15 segundos. 10.2) Nível de Ruído: deverá ser de acordo com a NBR 7565. 10.3) Vibração: deverá seguir a NBR 11390. 10.4) Tensão de Alimentação: Se o motor elétrico for usado partida estrela-triângulo uma tensão deverá ser 3 a outra ou seja: 220/380 V ou 440/760 V se o mesmo for para partida série/paralelo uma tensão deverá ser o dobro da outra ou seja:220/440 V ou 380/760 V. 10.5) Forma Construtiva: Deverá ser de acordo com a NBR 5031. Geralmente o fabricante fornece na forma construtiva B3, para funcionamento em posição horizontal com pés. Sob consulta o fabricante poderá fornecer o Motor elétrico com flange e eixo com características especiais. As formas construtivas mais usuais são: B3E = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à esquerda, Fixação Base ou trilhos. B3D = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à direita, Fixação Base ou trilhos. B35E = Carcaça Com pés, Ponta de Eixo à esquerda, Fixação Base ou flange FF. B35D = Carcaça Com pés ,Ponta de Eixo à direita ,Fixação Base ou flange FF. V1= Carcaça Sem pés, Ponta de Eixo para baixo, Fixação Flange FF. 10.6) Motores à Prova de Explosão: quando o motor elétrico for trabalhar em ambientes contendo materiais inflamáveis ou explosivos (como na indústria petroquímica) a norma NBR exige que o motor seja especialmente construído para estas aplicações. Não se trata propriamente de grau de proteção, pois os requisitos do motor elétrico não se destinam a protege-lo, mas sim proteger as instalações contra eventuais acidentes causados pelo motor elétrico. Entre outras características o motor elétrico deverá possuir: - Carcaça, caixa de ligação e tampas em ferro fundido FC 200; - Caixa de ligação com furos roscados NPT; - Enrolamentos do estator em fio de cobre esmaltado classe isolação H; - Ventilador antifaiscante; - Proteção contra sobreelevação de temperatura (termistor ou termostato); - Terminal de aterramento interior da caixa de ligação e carcaça; - Grau de proteção máximo: IP 54 (não poderá ser IPW55). 11) Ensaios elétricos De acordo com a NBR 7094 os ensaios são agrupados em ensaios de Rotina , Tipo e especiais. 11.1) Ensaios de Rotina Ensaios de resistência elétrica a frio;