Motores Elétricos
Prática 06 – Aula Demonstrativa de Motores Elétricos
Motores Elétricos – Definição
São dispositivos que convertem energia elétrica em energia
mecânica pela interação entre os campos magnéticos
produzidos no estator (campo) e no rotor (armadura).
Produzem o torque
(conjugado), que é a
capacidade de girar um eixo,
relacionado a uma rotação.
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Motores Elétricos – Classificação
Podem ser classificados em:
Motor de Corrente Contínua.
Motor de Corrente Alternada Assíncrono (ou de Indução).
Motor de Corrente Alternada Síncrono.
Motores Elétricos
Corrente Alternada
Corrente Contínua
Síncrono
Ímã Permanente Rotor Bobinado
Assíncrono
Passo
Monofásico
Rotor Bobinado Capacitor Partida
Universal
Ímã Permanente Campo Enrolado
Trifásico
Rotor Gaiola
Rotor Bobinado
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Motores Elétricos – CC
• Características:
Permitem controle preciso da velocidade através de um circuito
razoavelmente simples.
Oferecem torque constante em toda a faixa de velocidade.
Têm baixa relação peso/potência.
Demandam manutenções periódicas para a troca de escovas
(reposição) e limpeza do coletor.
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Motores Elétricos – CC
• Princípio de Funcionamento:
Um motor CC consiste em uma bobina que gira em um campo
magnético (formado por ímãs permanentes ou por um
enrolamento energizado – campo), conforme a seqüência
apresentada ao lado. No instante (a), os pólos magnéticos do
rotor (representados como ímã) são atraídos pelos pólos
opostos do campo. Então, no instante (b) o rotor gira para levar
esses pólos magnéticos o
mais perto possível um do
outro; porém, (c) ao chegar
nessa posição, o sentido da
corrente é invertido e (d) os
pólos opostos se repelem,
continuando a impulsionar o
rotor.
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Motores Elétricos – CC
• Principais Componentes:
1
2
3
4
(1)
Escova.
(2)
Coletor ou comutador.
(3)
Estator ou campo.
(4)
Rotor ou armadura.
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Motores Elétricos – CC
• Partida:
Para partida e operação de motores CC normalmente são
utilizados os circuitos abaixo:
Chave de partida: permite controlar a corrente de armadura e
do campo através de uma resistência variável. Geram, porém,
perda por calor.
Sistema Ward-Leornard: permite rápida regulagem de rotação.
Conversor estático: amplamente utilizado, compõe-se
basicamente de uma ponte retificadora tiristorizada que fornece
corrente contínua, com tensão variável, a partir de uma tensão
alternada.
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Motores Elétricos – CC
• Controle de Velocidade e Torque:
O controle de velocidade, na faixa nominal do motor, é feito
através da variação da tensão de armadura. O aumento da
tensão de armadura implica no aumento da velocidade.
Há também a alternativa
de controlar a velocidade
através da tensão de
campo, já que a
diminuição desta tensão
provoca o aumento da
velocidade (nos motores
de campo bobinado).
Neste caso há perda de
torque.
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Motores Elétricos – CC
• Defeitos Comuns:
Coletor ou comutador com pontos de curto-circuito: implica em
perda de potência e normalmente é conseqüência do acúmulo
de grafite oriundo do desgaste das escovas (sem as devidas
limpezas periódicas) ou do uso de escovas de má qualidade.
Uma limpeza detalhada do coletor resolve boa parte dos casos,
porém situações extremas exigem que o mesmo seja torneado.
Superaquecimento: causa danos à isolação dos enrolamentos
(verniz dos fios), possivelmente em função de sobrecarga ou
ventilação insuficiente (sujeira em excesso nas tampas de
captação de ar, por exemplo). A revisão da carga ou uma
limpeza no motor, caso os danos ao enrolamento não sejam
permanentes (situação que pode ser diagnosticada com o
megôhmetro) é suficiente.
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Motores Elétricos – CC
Desgaste excessivo ou falta de contato das escovas: provoca
faíscamento e operação “aos solavancos”. Nestes casos, as
mesmas devem ser substituídas, conforme o manual do
fabricante. Importante que sejam assentadas corretamente nas
suas posições.
Enrolamento de campo “aberto”: provoca rotação
demasiadamente acelerada do motor. Depois de verificar que a
alimentação do campo está correta, somente a desmontagem e
inspeção do motor determinará o procedimento adequado para
reparo, que pode ser inclusive a rebobinagem.
Curto-circuito nos enrolamentos do campo e/ou armadura: pode
provocar superaquecimento e consumo excessivo de potência,
em função do maior esforço do motor para movimentar a carga.
Exige a rebobinagem ou a troca definitiva do motor.
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Motores Elétricos – CC
• Motor Ímã Permanente:
Possui dois ímãs fixados na parte interna da carcaça, em
posições opostas, de modo a fornecer um campo permanente
(estator). Somente o rotor é bobinado, recebendo a corrente de
armadura através do conjunto de escovas + comutador.
O ajuste de velocidade é feito exclusivamente através da tensão
aplicada à armadura.
Ainda é bastante encontrado na indústria, especialmente em
aplicações de baixa potência e necessidade de controle de
velocidade.
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Motores Elétricos – CC
• Motor Campo Enrolado (Bobinado):
Além do rotor, o estator é bobinado. A forma de ligação destas
bobinas varia de acordo com a aplicação do motor.
Ligação Série
Não deve operar a vazio (sem carga).
A corrente de campo, constituído de 2
bobinas, é igual a corrente de armadura
(circuito série).
Possui elevado torque de partida.
Ligação Composta
O campo, também constituído de 2
bobinas, tem uma delas ligada em série e
a outra em paralelo com a armadura.
Garante velocidade constante e
conjugado variável com a carga
(conseqüência da ligação em paralelo).
Fornece alto conjugado de partida
(conseqüência da ligação série).
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Características:
Com a evolução dos circuitos de controle de velocidade, vêm
substituindo largamente o motor CC na indústria. Estudos
apontam que já representam mais de 90% dos motores
instalados no Brasil.
Têm processo construtivo simples e de baixo custo.
Apresentam alta corrente de partida (até 8 vezes a nominal).
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Princípio de Funcionamento:
Somente o estator é alimentado. Assim, a corrente no rotor é
induzida pelo campo gerado no estator. O rotor segue o
movimento rotativo do campo magnético do estator,
apresentando escorregamento, que é a diferença de velocidade
entre este campo magnético girante (velocidade síncrona) e a
rotação mecânica do eixo. O escorregamento tende a aumentar
conforme aumenta a carga (normalmente 3% com carga
nominal).
A velocidade depende da freqüência e do número de pólos do
motor.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Componentes:
(1)
Carcaça.
(2)
Núcleo de chapas do estator.
(3)
Núcleo de chapas do rotor.
(4)
Tampa.
(5)
Ventilador ou ventoinha.
(6)
Tampa do ventilador.
(7)
Eixo.
(8)
Enrolamento do estator.
(9)
Caixa de ligações elétricas.
(10) Bornes de ligação.
(11) Rolamento.
(12) Barras e anéis de curto-circuito
do rotor.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Partida:
Permitem partida seca (partida direta), porém nesta condição
apresentam alta corrente de partida. Assim, normalmente são
utilizados circuitos de reversão estrela-triângulo ou de partida
controlada (através de soft-starters ou inversores de freqüência,
por exemplo).
Podem partir com ou sem carga.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Controle de Velocidade:
O controle de velocidade é baseado na variação da freqüência
ou, em alguns casos de motores de construção diferenciada, na
variação do número de pólos (chamados motores Dahlander). A
indústria utiliza largamente inversores de freqüência para este
fim.
velocidade síncrona (RPM) =
120 × freqüência
número de pólos
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Falhas mais Comuns:
Curto-circuito entre espiras, entre fases ou contra a massa:
implica em perda de potência ou até mesmo inoperância do
motor e pode ser causado por oscilações constantes de tensão
ou contaminação por líquidos ou objetos estranhos. Exige a
rebobinagem ou a troca definitiva do motor.
Queima do isolamento (verniz): nesse caso, onde todo o
enrolamento trifásico é literalmente queimado, o motor fica
totalmente fora de operação, normalmente em conseqüência de
sobrecarga, sub ou sobretensões. O bloqueio do rotor em
função de travamento mecânico, sem o desarme do circuito de
alimentação, também pode causar tal problema. Exige a
rebobinagem ou a troca definitiva do motor.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
Pode ser detectada também a queima do isolamento de apenas
um conjunto de bobinas, de uma das fases. Isso ocorre em
função de problemas na alimentação do motor que,
indevidamente, permitem sua operação em 2 fases, com
correntes extremamente desbalanceadas.
Baixa resistência de isolamento: provoca corrente de fuga à
massa e o desarme do circuito de alimentação do motor. Pode
ser causada por excesso de pó sobre as bobinas, pela presença
de agentes químicos em contato com o verniz de isolação ou
pela montagem incorreta do motor (após um procedimento de
manutenção preventiva, por exemplo). Normalmente a
eliminação da causa do problema permite recolocar o motor em
operação normal.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
Superaquecimento: causa danos à isolação dos enrolamentos
(verniz dos fios), possivelmente em função de sobrecarga ou
ventilação insuficiente (sujeira em excesso nas tampas de
captação de ar, por exemplo). A revisão da carga ou uma
limpeza no motor, caso os danos ao enrolamento não sejam
permanentes (situação que pode ser diagnosticada com o
megôhmetro) é suficiente.
Desbalanceamento das correntes (por fase): é um importante
indicativo de operação anormal do motor, podendo ser
conseqüência de excesso de tensão na correia (carga), ligação
incorreta, rolamentos gastos, vibração excessiva, tensão ou
freqüência abaixo do valor nominal ou interferência mecânica de
partes do motor. A causa deve ser investigada e eliminada.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Motor com Capacitor de Partida (monofásico):
Possui dois enrolamentos de campo (principal e auxiliar) e um
capacitor eletrolítico, que pode ser instalado externamente ou
na própria carcaça do motor.
Na partida, o capacitor tem a função de criar uma defasagem
entre estes dois campos até que o motor atinja a velocidade
nominal, quando o capacitor é desligado (através de um
dispositivo mecânico instalado internamente no motor). Em
operação, a inércia do movimento mantém a indução no rotor.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Motor Rotor Gaiola de Esquilo (trifásico):
Possui conjunto de bobinas apenas no estator.
Apresenta rendimento em torno de 90%.
É o mais simples e robusto de todos os motores. Praticamente
não requer manutenções elétricas, apenas sofre desgaste
mecânico. Não possui partes “faiscantes”.
Modelo mais utilizado no mercado.
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Motores Elétricos – CA Assíncronos
• Motor Rotor Bobinado (mono ou trifásico):
O rotor possui um conjunto de bobinas cujos terminais são
ligados a anéis coletores fixados ao eixo do motor (isolados).
Através de escovas, estas bobinas são ligadas em série a uma
resistência ajustável, permitindo variar a impedância do rotor,
para ajuste da corrente de partida e da velocidade.
Permite uma partida suave.
Empregado na movimentação de cargas verticais em baixas
velocidades (guindastes), correias transportadoras,
compressores, etc.
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Características:
Além de oferecerem alto rendimento e baixo custo, são
bastante flexíveis e ideais para aplicações dedicadas.
Podem ser usados para correção do fator de potência.
Mantém velocidade constante sob variação de carga.
Suas características construtivas permitem aplicações de maior
potência, especialmente na partida, sem que a corrente seja
elevada substancialmente.
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Princípio de funcionamento:
Os motores síncronos necessitam de uma fonte de corrente
contínua para alimentar o enrolamento do rotor, usualmente
através de anéis coletores e escovas (excitatriz estática) ou
através de uma
excitatriz
girante sem
escovas
(brushless).
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Motores Elétricos – CA Síncronos
A excitatriz estática (com escovas) requer um circuito externo
para controle da corrente aplicada ao rotor. É utilizada em
aplicações com variação de velocidade através de inversores de
freqüência.
No caso da excitatriz girante sem escovas, sua alimentação é
gerada internamente no próprio conjunto do motor. Por não
possuírem contatos elétricos deslizantes, eliminando a
possibilidade de faiscamento, os motores síncronos com
excitação do tipo brushless são recomendados para aplicações
em áreas especiais com atmosfera explosiva.
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Principais Componentes (brushless):
1
4
2
3
(1)
Caixa de ligações elétricas.
(2)
Rotor principal.
(3)
Rotor da excitatriz.
(4)
Ventilador ou ventoinha.
(5)
Excitatriz.
(6)
Estator.
5
6
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Partida:
O principal método utilizado é a partida assíncrona. Para tanto,
o enrolamento do rotor é curto-circuitado ou conectado a uma
resistência (usualmente chamada resistência de partida),
fazendo com que o motor parta de forma idêntica ao motor
assíncrono. Quando atinge uma velocidade muito próxima da
velocidade síncrona, aplica-se uma corrente contínua no
enrolamento do rotor, levando o motor ao sincronismo.
Nas máquinas com escovas, utiliza-se um circuito auxiliar de
partida (externo), enquanto nos motores brushless, utiliza-se
um circuito eletrônico de disparo (interno). Ambos têm a função
de gerenciar a seqüência de partida, desde o fechamento
(curto-circuito) do rotor até a alimentação da excitatriz.
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Controle de Velocidade:
Normalmente funciona com velocidade fixa, utilizado somente
para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos
menores) ou quando se necessita de velocidade invariável.
As aplicações de motores síncronos com velocidade variável se
justificam apenas em aplicações de alto torque com baixa
rotação e larga faixa de ajuste de velocidade.
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Motores Elétricos – CA Síncronos
• Motor de Passo:
Converte sinais elétricos digitais de entrada em movimentos
mecânicos do eixo, ou seja, para cada pulso de comando
aplicado nos terminais de alimentação (estator) o rotor executa
um deslocamento em ângulo. As características construtivas do
motor e a forma como os terminais são alimentados
determinam qual é este ângulo de variação.
Utilizado em sistemas com controle de posição como
impressoras, registradores gráficos, periféricos de
computadores, copiadoras, máquinas e ferramentas de controle
numérico.
Pode apresentar movimento oscilatório (instável) para certas
faixas de velocidade.
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Motores Elétricos – Dados de Placa
• Tensão Nominal (V):
As tensões mais utilizadas em ambientes industriais são 220,
380 e 440VCA; a tensão aplicada ao motor depende da forma
de ligação do conjunto de bobinas. Os motores admitem,
normalmente, variações de até 10% na tensão, sem variações
de freqüência.
• Corrente Nominal (A):
Refere-se à corrente solicitada da rede quando o motor opera
com potência, tensão e freqüências nominais.
• Freqüência Nominal (Hz):
Refere-se à freqüência que deve ser fornecida ao motor
(normalmente 60Hz). Com tensão nominal constante, são
admitidas variações de até 5% na freqüência.
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Motores Elétricos – Dados de Placa
• Potência Mecânica (cv):
Refere-se à potência fornecida no eixo do motor.
• Potência Elétrica (kW):
Refere-se à potência fornecida ao motor.
• Torque (Nm):
Refere-se ao conjugado desenvolvido no eixo do motor.
• Rotação (RPM):
Refere-se à rotação no eixo do motor.
• Rendimento (η):
É a relação entre a potência mecânica e a potência elétrica.
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Motores Elétricos – Dados de Placa
• Fator de Serviço (FS):
É um fator que, multiplicado pela potência nominal, representa
uma potência adicional contínua que o motor pode suportar, em
condições normais de operação (não deve ser confundido com
uma sobrecarga instantânea). Normalmente 1,0 ou 1,15.
Além disso, as placas apresentam dados do fabricante, tipos de
ligação, códigos dos rolamentos utilizados e informações
importantes para o projeto (como categoria do motor e classe
de isolação, por exemplo).
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