Curso Técnico em

Eletromecânica

2012 SENAI-Sama

Alex Cardoso, Alex Martins, Adolfo, Lucas, Gilmar.

[MOTORES SINCRONOS E ASSINCRONOS]

Definições de motores síncronos e assíncronos, Diferenças, Princípios de funcionamento, locais mais usados e tipos.

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Índice

1. Introdução Motores síncronos...................................................2

2. Diferenças entre Síncronos e Assíncronos................................2

3. Diferenças construtivas básicas................................................3

4. Motores sincronos......................................................................3

5. Constituição................................................................................4

5.1 Rotor......................................................................................5

5.2 Eixo........................................................................................5

5.3 Mancais..................................................................................6

6. Principio de funcionamento........................................................6

7. Locais mais usados....................................................................7

8. Tipos de motores síncronos.......................................................7

9. Introdução motores Assíncronos..............................................9

10. Motores Assincrono........................................................10

11. Funcionamento de um motor Assíncrono.......................10

12. Aplicações........................................................................11

13. Tipos de motores de indução monofásicos.....................13

14. Gaiola de Esquilo..............................................................16

15. Fusiveis.............................................................................17

16. Rele bi metálico de sobrecarga.......................................18

17. Rotor Bobinado................................................................19

18. Conclusão........................................................................20

2

Definições sobre motores síncronos e assíncronos

Diferenças, princípios de funcionamento, locais mais usados e tipos.

1-Introdução Motores Síncronos

O motor síncrono é um tipo de motor elétrico muito útil e confiável com uma

grande aplicação na

indústria. Entretanto, pelo fato do motor síncrono ser raramente usado em

pequenas potências,

muitos que se sentem bem acostumados com o motor de indução por causa

de suas experiências

com acionadores menores, se tornam apreensivos quando se deparam com a

instalação de um motor síncrono nos seus sistemas.

2-Diferenças entre síncronos e assíncronos

O motor síncrono é bastante semelhante ao motor de indução (assíncrono)

no seu aspecto geral, embora usualmente os motores síncronos possuam

potência elevada e/ou rotação muito baixa quando comparado com o motor

de indução normal.

Tipicamente, o motor síncrono tem um comprimento de núcleo pequeno e um

diâmetro

grande quando comparado com o motor de indução.

Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa, utilizado somente para

grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou

quando se necessita de velocidade invariável.

Os motores síncronos funcionam quando há sincronismo entre o campo

magnético do estator e a voltagem induzido no rotor, ou seja, a freqüência da

tensão/corrente gerada é proporcional a velocidade do rotor. Lembre-se da

fórmula: velocidade x freqüência induzida =120 x nº de pólos.

Motor de indução: Funciona normalmente com 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 controlarmos a velocidade

dos motores de indução com o auxílio de inversores de freqüência.

Nos motores assíncronos (de indução) há um escorregamento, ou seja, há

certa diferença entre a velocidade do rotor e a freqüência induzida. Na

prática esse valor está por volta de 0,05 a 0,1; ou seja, segundo a fórmula

3

dos motores síncronos acima, a velocidade deve ser de 5 a 10% maior para

induzir a mesma tensão de um motor síncrono.

3-Diferenças Construtivas Básicas

Motores síncronos são classificados em alta e baixa velocidade devido às

diferenças nos métodos construtivos. O motor de alta velocidade,

nominalmente de 12 pólos e abaixo, é caracterizado por seu relativo

comprimento axial longo em comparação ao diâmetro do rotor. A elevada

velocidade do rotor, produzindo conseqüentemente altas forças centrífugas,

faz com que as laminações da armação do rotor sejam feitas de aço de alta

resistência mecânica com cauda de andorinha estampada ou usinada de

modo a permitir a montagem e aperto seguro dos pólos no rotor.

Construções padrões incluem estator, rotor, eixo e dois mancais. Para

motores pequenos e médios os mancais são alojados dentro de tampas

laterais às quais são montadas e se tornam partes integrantes do motor.

Estes motores são abertos e auto ventilados. Alguns fabricantes possuem o

motor a prova de pingos como padrão.

4- Motores Síncronos

Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em

mecânica.

É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam 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.

O termo SÍNCRONO tem sua origem no Grego, onde o prefixo SIN significa

“com” e CRONOS é uma palavra que denota “tempo”.

Um motor síncrono literalmente opera “em tempo com” ou “em sincronismo

com” o sistema de alimentação.

Motores Síncronos de Alta

Velocidade

Velocidade de Rotação

Pólos 60 Hz rpm 50 Hz rpm 25 Hz rpm

4 1800 1500 750

6 1200 1000 500

8 900 750 -

10 720 600 -

12 600 500 -

4

Os motores síncronos estão sendo utilizados com maior freqüência pelas

indústrias, devido ao fato de possuírem características especiais de

funcionamento.

O alto rendimento e o fato de poderem trabalhar como compensador

síncrono para corrigir o fator de potência da rede se destaca como os

principais motivos que resultam na escolha dos MOTORES SÍNCRONOS para

acionamento de diversos tipos de cargas.

Altos torques, velocidade constante nas variações de carga e baixo custo de

manutenção, também são características especiais de funcionamento que

proporcionam inúmeras vantagens econômicas e operacionais ao usuário.

A economia está por trás do uso de motores síncronos em muitas das

aplicações deste tipo de

motor na indústria. As cinco razões mais comuns para se especificar

motores síncronos são:

1. Baixo custo inicial.

2. Obter altos rendimentos.

3. Obter correção de fator de potência.

4. Obter características de partida especiais.

5. Obter características especiais do motor síncrono.

Destas cinco vantagens, as quatro primeiras têm um impacto direto no custo

geral de operação da

instalação.

5-CONSTITUIÇÃO

Carcaça - Sua função principal é apoiar e proteger o motor, alojando também

o pacote de chapas e enrolamento do estator. Podem ser construídas nos

tipos horizontais e verticais e com grau de proteção de acordo com as

necessidades do ambiente. A carcaça é construída em chapas e perfis de

aço soldado, com as junções feitas através de solda tipo MIG, formando um

conjunto sólido e robusto que é a base estrutural da máquina. Todo o

conjunto da carcaça recebe um tratamento de normalização para alívio de

tensões provocadas pela solda.

Tal construção proporciona excelente rigidez estrutural de maneira a

suportar esforços mecânicos proveniente de eventual curto-circuito e baixas

vibrações, capacitando o motor a atender as mais severas solicitações.

Internamente a carcaça é constituída por longarinas dispostas na periferia

para fixação do pacote de chapas com seu respectivo enrolamento.

Normalmente a carcaça é apoiada sobre uma base metálica rígida (chapa de

aço), e esta por sua vez apoiada sobre a base de concreto. A fixação da base

metálica ao concreto é feita através de chumbadores.

Estator - Constituído por um pacote laminado de chapas de aço silício de alta

qualidade, com ranhuras para alojar o enrolamento do estator, que opera

5

com alimentação de potência em corrente alternada para gerar o campo

magnético girante.

5.1-Rotor - O rotor pode ser construído com pólos lisos ou salientes

dependendo das características construtivas do motor e da aplicação.

Consistem nas partes ativas giratórias compostas da coroa do rotor, o

enrolamento de campo e o enrolamento amortecedor.

Os pólos de campo são magnetizados através da corrente direta da excitatriz

ou diretamente por anéis coletores e escovas; eles engrenam

magneticamente pelo entreferro e giram em sincronismo com o campo

girante do estator.

O rotor do motor síncrono de pólos salientes compreende em eixo, roda polar

e pólos.

Os pólos são fabricados com chapas de aço laminado que são fixadas

através de barras de aço que são soldadas nas extremidades. As bobinas de

campo são feitas de fios de cobre esmaltados ou barras de cobre planas.

Depois de bobinados e impregnados, os pólos são fixados ao eixo ou a roda

polar, através de parafusos, por cima ou por baixo do pólo, ou conectados

por meio de rabo de andorinha.

O enrolamento amortecedor está alojado nos pólos e é feito de barras de

cobre ou outro material dependendo do projeto do motor.

Após montagem final e impregnação, o rotor completo é balanceado

dinamicamente em 2 planos.

O rotor do motor síncrono de pólos lisos compreende em eixo, pacote de

chapas laminado e enrolamento dos pólos.

O enrolamento é alojado nas ranhuras do rotor formando os pólos.

5.2-Eixo - Os eixos são fabricados de aço forjado ou laminado e usinados

exatamente conforme as especificações. A ponta de eixo normalmente é

cilíndrica ou flangeada.

5.3-Mancais - Em função da aplicação, os Motores Síncronos podem ser

fornecidos com mancais de rolamentos ou mancais de deslizamento.

a) Mancais de rolamento - Estes mancais são normalmente constituídos

de rolamentos de esferas ou de rolos cilíndricos, dependendo da

rotação e dos esforços axiais e radiais a que são submetidos, sendo

que em algumas aplicações podem ser utilizados rolamentos

especiais. Os mancais de rolamentos podem ser lubrificados a óleo ou

graxa.

b) Mancais de deslizamento - Os mancais de deslizamento podem ter

lubrificação natural (auto-lubrificáveis) ou lubrificação forçada

(lubrificação externa).

Os Motores Síncronos necessitam de uma fonte de corrente contínua para

alimentar o enrolamento de campo (enrolamento do rotor), que usualmente é

suprido através de anéis coletores e escovas (excitatriz estática) ou através

de uma excitatriz girante sem escovas (brushless).

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6-Princípio de Funcionamento

Os motores síncronos possuem o estator e os enrolamentos de estator

(armadura) bastante semelhante aos dos motores de indução trifásicos.

Assim como no motor de indução, a circulação de corrente no enrolamento

distribuído do estator produz um fluxo magnético girante que progride em

torno do entreferro.

Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um

campo magnético dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional

à corrente. O princípio de funcionamento do motor síncrono baseia-se na

interação de dois campos magnéticos, ou seja, um campo girante produzido

no estator por corrente alternada e um campo fixo no rotor produzido por

corrente contínua (rotação do eixo igual à rotação síncrona). Este motor tem

uma velocidade de rotação, denominada de velocidade de sincronismo,

constante e rigorosamente definida pela freqüência da corrente e pelo

número de pólos.

A estrutura e o mecanismo de operação dos rotores síncronos são

relativamente complicados e para o seu funcionamento há necessidade de

uma fonte suplementar de energia em corrente contínua destinada à

alimentação dos enrolamentos do rotor, visto que o estator recebe corrente

alternada. Isto é obtido através de um pequeno gerador (espécie de dínamo)

conhecido por excitatriz, acionado pelo mesmo eixo do motor. Também não

possuem condições próprias de partida necessitando de equipamento

auxiliar de partida até atingir a velocidade de sincronismo, em geral,

pequenos motores de indução tipo gaiola.

O campo prático de aplicação dos motores síncronos é o das grandes

instalações, geralmente quando a potência das bombas ultrapassa de 500HP

e as velocidades necessitam ser baixas (até 1800rpm) e constantes. Devido

a sua maior eficiência, o dispêndio com a energia elétrica em grandes

instalações, passa a ter significativo valor na economia global do sistema. O

custo inicial, entretanto, é elevado e a fabricação ainda restrita em no país.

São ainda citadas como desvantagem dos síncronos controle relativamente

difícil e sua sensibilidade às perturbações do sistema (excesso de carga, por

exemplo) podendo provocar saídas do sincronismo que provocam paradas de

funcionamento, acarretando prejuízos significativos.

7-Locais mais usados

Os motores síncronos são fabricados especificamente para atender as

necessidades de cada aplicação.

7

Devido a suas características construtivas, operação com alto rendimento e

adaptabilidade a todos os tipos de ambiente, são utilizados em praticamente

todos os segmentos da indústria, tais como:

7.1-Mineração - (britadores, moinhos, correias transportadoras Mineração

Grupos Motor-Gerador, Escavadeiras, Equipamento para Guindastes,

Bombas, Compressores, Ventiladores, e outros);

7.2-Siderurgia - (laminadores, ventiladores, bombas, compressores);

7.3-Papel e celulose - (extrusoras, picadores, desfibradores, compressores,

moedores, descascadores);

7.4-Saneamento - (bombas);

7.5-Química e petroquímica - (compressores, ventiladores, exaustores);

7.6-Cimento - (britadores, moinhos, correias transportadoras);

7.7-Borracha - (extrusoras, moinhos, misturadores).

7.8-Madeira – (Serras, Bombas, Compressores Têxtil Bombas, Compressores,

Conjuntos Motor-Gerador);

7.9-Construção Civil – (Bombas, Compressores para Ar Condicionado

Máquinas Operatrizes Acionamento de Prensas, Compressores);

7.10-Britagem – (Moinhos de Bola, Moinhos de Rolos, Esmagadores

(Crushers), Bombas, Compressores);

7.11-Geração de Energia Elétrica- (Sopradores, Bombas de Fornecimento de

Água e de Resfriamento);

8-TIPOS DE MOTORES SÍNCRONOS

A diferença fundamental entre as diversas máquinas trifásicas está na

concepção do rotor. A seguir estão relacionadas às principais máquinas

trifásicas, e suas peculiaridades de maior interesse: Máquina síncrona

convencional com alimentação de campo externa: Os enrolamentos de

campo são alimentados com corrente contínua levada até eles através de

anéis deslizantes e escovas. O inconveniente neste tipo de máquina, é que

esta necessita de uma fonte de tensão externa continua ajustável. Com

relação à forma do rotor, estes podem ser pólos lisos, ou pólos salientes.

8.1-Máquina síncrona convencional com excitatriz interna: Os

enrolamentos de campo são alimentados com corrente contínua a partir de

um gerador interno também conhecido por excitatriz, acoplado diretamente

ao eixo da máquina. Neste tipo de máquina não há escovas reduzindo então

as manutenções. O rotor pode ser de pólos lisos ou pólos salientes.

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8.2-Máquina síncrona com ímã permanente: Não há enrolamentos de

campo, que são substituídos por ímãs permanentes de alto produto

energético. Não possui igualmente escovas ou fonte de tensão contínua,

reduzindo com isto manutenções, aumentando o rendimento e com melhor

relação torque/volume. Os ímãs são fixados, em alguns casos,

tangencialmente na superfície dos pólos do rotor, ou embutidos no rotor.

Alguns possuem uma configuração híbrida.

8.3-Máquina síncrona de relutância: Neste tipo de máquina, não há

enrolamentos de campo. O rotor é construído com saliências (pólos

salientes) que, devido ao efeito da mínima relutância, giram em sincronismo

com o campo girante do estator. Esta máquina não possui enrolamentos de

campo ou ímãs permanentes, escovas ou fonte de tensão contínua,

reduzindo com isto manutenções. Como desvantagem, possui menor relação

torque/volume, comparado às outras máquinas trifásicas.

Uma observação importante quanto aos motores síncronos é que estes não

possuem torque de partida e uma das alternativas deve ser realizada:

Construção de uma gaiola envolvendo o rotor, ou seja, a colocação de barras

no sentido longitudinal da máquina, curto-circuitadas nas extremidades por

anéis. Nesta configuração, na partida, correntes bastantes elevadas são

induzidas nestas barras em função da baixa impedância, aumentando

consideravelmente o fluxo magnético, fazendo com que o motor parta.

Quando o rotor da máquina está girando em regime permanente, à

velocidade síncrona com o campo girante, nenhuma tensão é induzida nestas

barras e elas simplesmente não agem.

Dispositivo de partida externa, ou seja, outro motor acoplado ao eixo fornece

o torque suficiente para a partida do motor síncrono.

Utilizando um conversor com freqüência ajustável, tem-se então um campo

girante com velocidade angular variável. Nesta circunstância, inicialmente

regula-se o conversor para geração de um campo girante com uma

freqüência baixa, de tal forma que o rotor comece a girar. A seguir, aumenta-

se a freqüência do campo girante até a velocidade síncrona.

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Organograma de Motores CA

9-Introdução Motores Assíncronos

Os motores assíncronos ou de indução, por serem robustos e mais baratos,

são os

motores mais largamente empregados na indústria. Nestes motores, o

campo girante tem a

velocidade síncrona, como nas máquinas síncronas.

Teoricamente, para o motor girando em vazio e sem perdas, o rotor teria

também a

velocidade síncrona. Entretanto ao ser aplicado o conjugado externo ao

motor, o seu rotor

diminuirá a velocidade na justa proporção necessária para que a corrente

induzida pela diferença

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de rotação entre o campo girante (síncrono) e o rotor, passe a produzir um

conjugado

eletromagnético igual e oposto ao conjugado externamente aplicado.

10-Motores Assíncronos

O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos:

um circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas

empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; por bobinas

localizadas em cavidades abertas no estator e alimentadas pela rede de

corrente alternada; por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético,

também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto

de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela

corrente alternada das bobinas do estator.

O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia

mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é

bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as

perdas, mas também para aumentar o fator de potência em vazio.

11-Funcionamento de um Motor Assíncrono

A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavidades do

estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético

no estator, consequentemente, no rotor surge uma força eletromotriz

induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A f.e.m.

induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à

causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor.

Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução

baseia-se em duas leis do Eletromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de

Faraday.

Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver

lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz

induzida. Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida".

Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações

magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem".

O motor elétrico transforma a potência elétrica fornecida em potência

mecânica e uma reduzida percentagem em perdas.

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As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são

quantificadas através do rendimento (mais à frente analisamos melhor os

vários tipos de perdas nos motores).

A Potência Mecânica traduz-se basicamente no torque que o motor gera no

eixo do rotor. O torque é conseqüência direta do efeito originado pela

indução magnética do estator em interação com a do rotor.

T = K . Best

. Brot

. sen _

T = Torque

K - Constante

Best - Indução magnética criada pelo estator

Brot - Indução magnética criada pelo rotor

ângulo entre Best

e Brot

A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela

freqüência da energia fornecida ao motor e pelo numero de pares de pólos

existentes no estator.

No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade

síncrona, como nos motores síncronos. As velocidades do campo girante

obtêm-se pela seguinte expressão:

Vg = velocidade do campo girante

f = freqüência

n = numero de pares de pólos

Uma característica fundamental dos motores de indução é o

escorregamento, daí tratar-se de motores assíncronos, o seu valor é dado

pela seguinte expressão:

s – escorregamento

V - velocidade do rotor

A velocidade sofre um ligeiro decréscimo quando o motor passa de um

funcionamento em vazio (sem carga) para um funcionamento em carga

máxima.

12-Aplicações

O motor assíncrono tem atualmente uma aplicação muito grande tanto na indústria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser direto, em motores de baixa potência). Não possui coletor (órgão delicado e caro) tratando-se de um gaiola de esquilo; não produz faíscas e tem portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor. É utilizado o motor monofásico para baixas potências (até 1 a 2 Kw) e o polifásico para potências superiores.

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Na figura seguinte visualiza-se a utilização de motores em casos específicos:

Há que destacar que o motor de indução ideal está numa faixa de velocidade

entre 900 e 1800rpm, e com potências inferiores a alguns milhares de KW.

Associados aos conversores eletrônicos de tensão e freqüência variáveis

(variadores eletrônico de velocidade), os motores de indução tendem a

assumir um papel quase que exclusivo nos acionamentos elétrico.

12.1-Perdas No Motor

As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos:

- Perdas elétrica

- Perdas magnéticas

- Perdas mecânicas

- Perdas parasitas

- As perdas elétricas são do tipo {RI2

}, aumentam acentuadamente com a

carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule podem ser

reduzidas, aumentando a secção do estator e dos condutores do rotor.

- As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor.

Ocorrem devido ao efeito de histerese e às correntes induzidas (neste caso,

correntes de Foucault), e variam com a densidade do fluxo e a freqüência.

Podem ser reduzidas através do aumento da secção do ferro no estator e

rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais

magnéticos.

- As perdas mecânicas são devido à fricção dos procedimentos, ventilação e

perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando procedimentos

com baixa fricção e com o aperfeiçoamento do sistema de ventilação.

- As perdas parasitas (stray losses) ou perdas extraviadas são devidas a

fugas do fluxo, distribuição de corrente não uniforme, imperfeições

mecânicas nas aberturas para escoamento do ar, e irregularidades na

densidade do fluxo do ar ao ser escoado pelas aberturas. Podem ser

reduzidas através da optimização do projeto do motor e ainda de uma

produção ou fabrico cuidadoso.

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13-Tipos de Motores de Indução Monofásicos

Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos

de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os motores de

indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução

trifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como

residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua

utilização para baixas potências (1 a 2 KW).

Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com

rotor tipo gaiolos destacam-se pela simplicidade de fabricação e,

principalmente, pela robustez e manutenção reduzida. Por terem somente

uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores

trifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham

torque de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos

magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema

de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e

posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a

formação do campo girante necessário para o arranque.

Tipos de Motores de indução monofásicos:

� Motor de Pólos Sombreados;

� Motor de Fase Dividida;

� Motor de Condensador de Partida;

� Motor de Condensador Permanente;

� Motor com dois Condensadores.

13.1-Motor de Pólos Sombreados

O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo

distorcido (ou shaded pole), graças ao seu processo de arranque, é o mais

simples, fiável e econômico dos motores de indução monofásicos.

Construtivamente existem diversos tipos, sendo que uma das formas mais

comuns é a de pólos salientes. Cada pólo vai ter uma parte (em geral 25% a

35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. A

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corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um

atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma.

O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que se move na direção

da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo, produzindo o torque

tingir a rotação nominal.

O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte

abraçada do pólo. Conseqüentemente, o motor de campo distorcido

apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido,

mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator.

Existem outros métodos para se obter inversão de rotação, mas muito mais

dispendiosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido

apresentam baixo torque de arranque (15% a 50% do nominal), baixo

rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são

normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns

milésimos de cv a 1/4 cv.

Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo são ideais em aplicações tais

como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de

ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo),

pequenas bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e

aplicações domésticas. Apesar de sua aparente simplicidade, o projeto deste

tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo

campo girante, campos cruzados e complexa teoria eletromagnética.

13.2-Motor de Fase Dividida

Este motor possui um enrolamento

principal e um auxiliar (para o arranque), ambos defasados de 90 graus. O

enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o torque

necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma

rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede através

de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou

disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave

manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é

dimensionado para atuar apenas no arranque, se não for desligado logo após

o arranque danifica-se.

O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento

principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm

torque de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua

aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco torque de

arranque, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores,

pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.

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13.3-Motor de Condensador de Partida

É um motor semelhante ao de fase

dividida. A principal diferença reside na inclusão de um condensador

eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O condensador

permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos

principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados torques de arranque.

Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o

motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de

velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo

torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre

80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do torque com os enrolamentos

combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal de maneira

que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor torque,

para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele.

Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo

ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na

mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na

média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura de o

circuito auxiliar, o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase

dividida.

Com o seu elevado torque de arranque (entre 200% e 350% do torque

nominal), o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande

variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.

13.4-Motor de Condensador Permanente

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam

permanentemente ligados, sendo o condensador do tipo eletrostático. O

efeito deste condensador é o de criar condições de fluxo muito semelhantes

às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque

máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o

ruído.

Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam

contactos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu

torque de arranque é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do

conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não

requerem elevado torque de arranque, tais como: máquinas de escritório,

ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris,

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pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São

fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv.

Motor com Dois Condensadores

É um motor que utiliza as

vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de condensador de

partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de condensador

permanente. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados

apenas para potências superiores a um cv.

13.5-Tipos de Motores de Indução Trifásicos

O motor de indução trifásico é o tipo mais utilizado, tanto na indústria como

no ambiente doméstico, devido à maioria dos sistemas atuais de distribuição

de energia elétrica ser trifásicos de corrente alternada.

A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2

KW, Para potências inferiores justifica-se o uso de monofásicos.

O motor de indução trifásico apresenta vantagens ao monofásico, como o

arranque mais fácil, menor nível de ruído e menor preço para potências

superiores a 2KW.

14-Gaiola de Esquilo

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Este é o motor mais utilizado na indústria atualmente. Tem a vantagem de

ser mais econômico em relação aos motores monofásicos tanto na sua

construção como na sua utilização. Além disso, escolhendo o método de

arranque ideal, tem um leque muito maior de aplicações.

O rotor em gaiola de esquilo é constituído por um núcleo de chapas

ferromagnéticas, isoladas entre si, sobre o qual são colocadas barras de

alumínio (condutores), dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas

extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que curto-

circuitam os condutores.

O estator do motor é também constituído por um núcleo ferromagnético

laminado, que nas cavidades do qual são colocados os enrolamentos

alimentados pela rede de corrente alternada trifásica.

A vantagem deste rotor relativamente ao rotor bobinado é que resulta numa

construção do induzido mais rápida, mais prático e mais barato.

As barras condutoras da gaiola são colocadas geralmente com certa

inclinação, para evitar as trepidações e ruídos que resultam da ação

eletromagnética entre os dentes das cavidades do estator e do rotor.

A principal desvantagem refere-se ao fato de o torque de arranque ser

reduzido em relação à corrente absorvida pelo estator. Trata-se

essencialmente de um motor de velocidade constante.

Princípio de Funcionamento - campo girante

Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica, é criado um

campo magnético dirigido conforme o eixo da bobina e de valor proporcional

à corrente.

Na figura ao lado é mostrado um “enrolamento monofásico” atravessado por

uma corrente I, e o campo H é criado por ela; o enrolamento é constituído de

um par de pólos (um pólo “norte” e um pólo “sul”), cujos efeitos se somam

para estabelecer o campo H. O fluxo magnético atravessa o rotor entre os

dois pólos e se fecha através do núcleo do estator.

Se a corrente I é alternada, o campo H também é, e inverte seu sentido em

cada meio ciclo.

O campo H é “pulsante”, pois sua intensidade “varia” proporcionalmente à

corrente, sempre na “mesma” direção norte--sul.

Na figura ao lado é mostrado um “enrolamento trifásico”, que é composto por

três monofásicos espaçados entre si de 120 graus. Se este enrolamento for

alimentado por um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 criarão, do

mesmo modo, os seus próprios campos magnéticos H1, H2 e H3. Estes

campos são espaçados entre si de 120 graus. O campo total H resultante, a

cada instante, será igual à soma dos três campos H1, H2 e H3 naquele

instante.

15-Fusíveis

São os elementos mais tradicionais para proteção contra curto-circuito de

sistemas elétricos. Sua operação é baseada na fusão do “elemento fusível”,

contido no seu interior. O “elemento fusível” é um condutor de pequena

seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento

maior que o dos outros condutores, à passagem da corrente.

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O “elemento fusível” é um fio ou uma lâmina, geralmente, prata, estanho,

chumbo ou liga, colocado no interior de um corpo, em geral de porcelana,

hermeticamente fechado. Possuem um indicador, que permite verificar se

operou ou não; ele é um fio ligado em paralelo com o elemento fusível e que

libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou botão, ou mesmo um

parafuso, preso na tampa do corpo. Os fusíveis contêm em seu interior,

envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor; para isso

utilizam-se, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. A

figura abaixo mostra a composição de um fusível (no caso mais geral).

O elemento fusível pode ter diversas formas. Em função da corrente nominal

do fusível, ele compõe-se de um ou mais fios ou lâminas em paralelo, com

trecho(s) de seção reduzida. Nele existe ainda um ponto de solda, cuja

temperatura de fusão é bem menor que a do elemento e que atua por

sobrecargas de longa duração.

16-Relé bimetálico de sobrecarga

São dispositivos baseados no princípio da dilatação de partes termoelétricas

(bimetálicos). A operação de um relé está baseado nas diferentes dilatações

que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de

temperatura.

Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE

equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível

superaquecimento.

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O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por:

• Sobrecarga mecânica na ponta do eixo;

• Tempo de partida muito alto;

• Rotor bloqueado;

• Falta de uma fase;

• Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobre-

corrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga.

Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da

mesma forma que os terminais de potência dos contatores.

Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma

que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos a seguir.

O número de seqüência deve ser `9' (nove) e, se uma segunda seqüência

existir, será identificada com o zero.

17-Rotor Bobinado

O enrolamento do induzido é constituído por condutores de cobre isolados

entre si e montados nas ranhuras do rotor. O conjugado no arranque, deste

tipo de motor, é bem melhor que o anterior porque podemos inserir resistores

em série com as fases do enrolamento do rotor. Há tipos em que os

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resistores são montados no rotor e eliminados, quando a máquina atinge a

sua velocidade normal, através de mecanismos centrífugos.

Outro tipo de rotor bobinado é aquele em que seus enrolamentos se ligam a

anéis coletores sobre os quais apóiam se as escovas. Para entes tipos usam-

se reostatos, em estrela (Υ), ligados em série com os enrolamentos do rotor

através de escovas e anéis coletores. À medida que o motor aumenta a usa

velocidade, manobra-se o reostato a fim de retirar gradativamente os

resistores do circuito até ligar os

Enrolamentos em estrela. Em alguns tipos de motores, para que as escovas

não fiquem desgastando-se durante a marcha normal, elas são suspensas e,

através de alavancas, os anéis

são curto circuitados.

Com a adição de reostatos além de se melhorar o conjugado do motor pode-

se variar a velocidade do mesmo, porém com o inconveniente de aumentar a

perda por efeito Joule nos

resistores, diminuindo o seu rendimento.

O motor com rotor bobinado é usado quando se necessita arrancar com

carga e ainda quando se precisa variar a velocidade, como no caso das

gruas, elevadores, etc.

Os motores de indução, gaiola ou rotor bobinado, apresentam as seguintes

vantagens: São simples, robustos, de arranque próprio e bom rendimento.

O tipo gaiola de esquilo deve ser utilizado em todos os locais onde haja

perigo de explosão, visto não produzir faíscas, pois não contém contatos

deslizantes (coletor, escovas, etc.).

O tipo com rotor bobinado é empregado quando há necessidade de arranque

e paradas freqüentes (serviço intermitente) que exige maior conjugado

inicial. Além disso, com reostatos se tem velocidade regulável.

Como desvantagens dos motores assíncronos citamos: o fator de potência

não igual a unidade, sendo baixo nos motores de pequena potência, salvo no

caso de serem bem construídos. O tipo gaiola de esquilo apresenta um baixo

conjugado inicial, exceto nos de gaiolas especiais, e sua velocidade não

pode ser regulada por meios comuns.

Quando for necessário a velocidade na proporção de 2 para 1 ou vice-versa,

usa-se efetuar enrolamentos especiais de estator.

18-CONCLUSÃO Nestes motores, o estator é alimentado com corrente alternada, enquanto o

rotor é alimentado com corrente contínua proveniente de uma excitatriz, que

é um pequeno motor que corrente contínua (dínamo), normalmente montado

no próprio eixo do motor. Não possuem condições de partida própria, de

modo que, para alcançarem a velocidade síncrona, necessitam de um

agente auxiliar, que geralmente é um motor de indução, tipo gaiola.

Após atingirem a rotação síncrona, conforme mencionamos, eles mantém a

velocidade constante para qualquer carga, naturalmente, dentro dos limites

de sua capacidade. Assim, caso se quisesse variar a velocidade, ter-se-ia

que mudar a frequência da corrente.