(Parte 1 de 9)

MÓDULO 2
Variação de Velocidade

WEG – Transformando Energia em Soluções

WEG – Transformando Energia em Soluções1

Módulo 2 – Variação de Velocidade * “ Material sujeito a alterações sem prévio aviso!”

WEG – Transformando Energia em Soluções2

Módulo 2 – Variação de Velocidade

1 Manual De Motores Elétricos1
1.1 Histórico1
1.2 Noções Fundamentais13
1.2.1 Motores Elétricos13
1.2.1.1 Motor Síncrono13
1.2.1.2 Motor Assíncrono14
1.2.1.2.1 Rotor Gaiola15
1.2.1.2.2 Rotor Bobinado15
1.2.1.3 Motor C16
1.2.2 Conceitos Básicos17
1.2.2.1 Conjugado17
1.2.2.2 Energia e Potência Mecânica18
1.2.2.3 Energia e Potência Elétrica19
1.2.2.3.1 Circuitos de Corrente Contínua19
1.2.2.3.2 Circuitos de Corrente Alternada19
1.2.2.4 Velocidade Nominal20
1.2.2.4.1 Rotação nominal do Motor C21
1.2.2.5 Corrente Nominal21
1.2.2.6 Potência Aparente, Ativa e Reativa2
1.2.2.7 Potência Equivalente2
1.2.2.8 Triângulo de Potência24
1.2.2.9 Fator de Potência24
1.2.2.10 Rendimento25
1.2.2.10.1 Importância do Rendimento25
1.2.2.1 Relação entre Unidades de Potência26
1.2.2.12 Relação entre Conjugado e Potência26
1.2.2.13 Sistemas de Corrente Alternada Monofásica26
1.2.2.13.1 Generalidades26
1.2.2.13.2 Ligações em Série e Paralelo28
1.2.3 Sistemas de Corrente Alternada Trifásica28
1.2.3.1 Ligação Triângulo29
1.2.3.2 Ligação Estrela30
1.2.4 Motor de Indução Trifásico31
1.2.4.1 Princípio de Funcionamento31
1.2.4.2 Velocidade Síncrona (n S)32
1.2.4.3 Escorregamento (s)3
1.2.4.4 Equacionamento34
1.2.4.4.1 Circuito Equivalente34
1.2.4.4.2 Força Eletromotriz e Corrente Induzida35
1.2.4.4.3 Conjugado Eletromagnético36
1.2.4.4.4 Conjugado de Partida37
1.2.4.4.5 Distribuição de Potências e Perdas37
1.2.5 Definições de Termos Técnicos Usuais39
1.3 Características da Rede40
1.3.1 O Sistema40
1.3.1.1 Trifásico40
1.3.1.2 Monofásico40
1.3.1.2.1 Monofásico com Retorno por Terra (MRT)41
1.3.2 Tensão Nominal42
1.3.2.1 Tensão da Rede de Alimentação em Função da Potência do Motor42
1.3.2.2 Tensão Nominal Múltipla43

WEG – Transformando Energia em Soluções3

1.3.2.2.2 Ligação estrela-triângulo4
1.3.2.2.3 Tripla tensão nominal4
1.3.2.3 Tensões de Ligações Normais45
1.3.3 Frequência Nominal (Hz)46
1.3.3.1 Tolerância de Variação de tensão e Frequência46
1.3.3.2 Ligação em Frequências Diferentes48
1.3.4Limitação da Corrente de Partida de Motores Trifásicos49
1.3.4.1 Partida Com Chave Estrela-Triângulo (Y- D)49
1.3.4.2 Partida Com Chave Compensadora (auto-transformador)51
1.3.4.3 Comparação Entre Chaves “Y-D” e Compensadora “Automática”52
1.3.4.4 Partida Com Chave Série-Paralelo52
1.3.4.5 Partida Com Reostato para Motores de Anéis53
1.3.4.6 Partidas Eletrônicas54
1.3.4.6.1 Soft-starter54
1.3.5Sentido de Rotação de Motores de Indução Trifásicos55
1.4 Características de Aceleração56
1.4.1 Conjugados56
1.4.1.1 Curva de Conjugado x Velocidade56
1.4.1.2 Categorias – Valores Mínimos Normalizados57
1.4.1.2.1 Categoria N58
1.4.1.2.2 Categoria H58
1.4.1.2.3 Categoria D58
1.4.1.3 Características dos Motores WEG59
1.4.2 Inércia da Carga60
1.4.3 Tempo de Aceleração61
1.4.4 Regime de Partida62
1.4.5 Corrente de Rotor Bloqueado64
1.4.5.1 Valores Máximos Normalizados64
1.4.5.2 Indicação da Corrente65
1.5 Regulação de Velocidade de Motores Assíncronos de Indução6
1.5.1 Introdução6
1.5.2 Variação de Números de Pólos6
1.5.2.1 Motores de Duas Velocidades em Enrolamentos Separados6
1.5.2.2 Motores de Duas Velocidades com Enrolamentos por comutação de Pólos67
1.5.2.3 Motores Com Mais de Duas Velocidades67
1.5.3 Variação do Escorregamento68
1.5.3.1 Variação da Resistência Rotórica68
1.5.3.2 Variação da Tensão do Estator69
1.5.4 Variação da Freqüência69
Conversores de Frequência71
1.6 Característica em Regime72
1.6.1Elevação de Temperatura, Classe de Isolamento72
1.6.1.1 Aquecimento do Enrolamento72
1.6.1.2 Vida Útil do Motor de Indução74
1.6.1.2.1 Vida Útil de uma Máquina C74
1.6.1.3 Classes de Isol amento75
1.6.1.4Medida de Elevação de Temperatura do Enrolamento75
1.6.1.5 Aplicação a Motores Elétricos75
1.6.2 Proteção Térmica de Motores Elétricos7
1.6.2.1 Termo-Resistência (PT-100)7
1.6.2.2 Termistores (PTC e NTC)7
1.6.2.3 Termostatos78
1.6.2.4 Protetores Térmicos79

Módulo 2 – Variação de Velocidade 1.5.4.1 Considerações Sobre a Aplicação de Motores com Controle de Velocidade Através de 1.6.3Regulação da Potência para a Elevação de Temperatura da Classe B em Motores CC_____80

WEG – Transformando Energia em Soluções4

1.6.4 Regime de Serviço81
1.6.4.1 Regimes de Serviços Padronizados81
1.6.4.2 Designação do Regime Tipo87
1.6.4.3Fator de Redução de Potência no Motor C8
1.6.4.4 Potência Nominal89
1.6.5 Fator de Serviço (FS)89
1.7 Características do Ambiente90
1.7.1 Altitude90
1.7.1.1 Consideração Para o Motor C91
1.7.2 Temperatura Ambiente91
92
1.7.4 Atmosfera Ambiente92
1.7.4.1 Ambientes Agressivos92
1.7.4.2 Ambientes Contendo Poeiras ou Fibras93
1.7.4.3Locais em Que a Ventilação do Motor é Prejudicada93
1.7.5 Graus de Proteção94
1.7.5.1 Código de Identificação94
1.7.5.2 Tipos Usuais de Proteção95
1.7.5.2.1 Motores de Baixa Tensão95
1.7.5.2.2 Tipos Usuais de Proteção para o Motor C96
1.7.5.3 Motores a Prova de Intempéries (Motores CA)96
1.7.6 Ventilação Motores CA97
1.7.6.1 Sistema de Refrigeração97
1.7.6.1.1 Ventilação Axial98
1.7.6.1.2 Ventilação Mista9
1.7.6.1.3 Ventilação Bilateral Simétrica103
1.7.7 Ventilação Motores C107
1.7.8 Resistência de Aquecimento108
1.7.9 Limite de Ruídos109
1.8 Ambientes Perigosos110
1.8.1 Áreas de Risco110
1.8.2 Atmosfera Explosiva110
1.8.3 Classificação das Áreas de Risco110
1.8.3.1 Classes e Grupos das Área de Risco1
1.8.3.2 Consideração Para o Motor C112
1.8.4 Classes de Temperatura112
1.8.5 Equipamentos Para Áreas de Risco113

Módulo 2 – Variação de Velocidade 1.7.3Determinação da Potência Útil do Motor nas Diversas Condições de Temperatura e Altitude

1.8.7Equipamentos com Invólucros a Prova de Explosão (Proteção Ex-d)115
1.9 Características Construtivas116
1.9.1 Dimensões116
1.9.2 Formas Construtivas Normalizadas117
1.9.2.1 Formas construtivas do motor C121
1.9.3 Motores com Flange122
1.9.4 Pintura125
1.9.5 Vibração125
1.9.5.1 Suspensão Livre126
1.9.5.2 Chaveta126
1.9.5.3 Pontos de Medição126
1.9.6 Balanceamento128
1.9.6.1 Definição128
1.9.6.2 Tipos de Balanceamento128
1.9.7 Aterramento129

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1.9.7.2 Bitolas Mínimas de Condutores de Aterramento129
1.9.8 Elementos de Transmiss ão130
1.9.8.1 Esforços Axiais e Radiais132
1.9.8.2 Cálculo da Força Radial em Acoplamento por Polias e Correias136
1.9.9 Placa de Identificação136
1.9.9.1 Motor de Baixa Tensão ca137
1.10 Seleção e Aplicação dos Motores Elétricos Trifásicos138
1.10.1 Guia de Seleção do Tipo de Motor Para Diferentes Cargas143
1.1 Ensaios144
1.1.1 Ensaios de Rotina144
1.1.2 Ensaios de Tipo144
1.1.3 Ensaios Especiais144
2 Especificação de Motores Elétricos146
2.1 Potência Nominal146
2.2 Conjugado Resistente da Carga148
2.2.1 Conjugado Constante148
2.2.2 Conjugado Linear149
2.2.3 Conjugado Quadrático149
2.2.4 Conjugado Hiperbólico150
2.2.5 Conjugados Não Definidos151
2.3 Conjugado Resistente Médio da Carga152
2.4 Momento de Inércia da Carga154
2.5 Conjugado x Velocidade do Motor155
2.5.1 Conjugado Básico155
2.5.2Conjugado Nominal ou de Plena Carga155
2.5.3 Conjugado Com Rotor Bloqueado156
2.5.4 Conjugado Mínimo156
2.5.5 Conjugado Máximo156
2.5.6Fatores de Correção dos Conjugados em Função da Tensão157
2.6 Conjugado Motor Médio158
2.7 Tempo de Rotor Bloqueado (trb)160
2.7.1Tempo de Rotor Bloqueado em Relação a Classe Isolante160
2.7.2 Tempo de Aceleração161
2.7.3 Potência Dinâmica ou de Aceleração163
3 Variação de Velocidade165
3.1 Introdução165
3.2 Sistema de Variação de Velocidade166
3.2.1 Variadores Mecânicos166
3.2.1.1 Polias Fixas166
3.2.1.2 Polias Cônicas167
3.2.1.3 Polias Variadoras168
3.2.1.4 Moto-Redutores168
3.2.1.5 Variadores P.I.V169
3.2.2 Variadores Hidráulicos169
3.2.2.1 Motor Hidráulico169
3.2.2.2 Variador Hidráulico ou Hidrodinâmico170
3.2.3 Variadores Eletromagnéticos171
3.2.3.1 Embreagens Eletromagnéticas171

WEG – Transformando Energia em Soluções6

3.2.4.1Acionamento com Motor Comutador de Corrente Alternada171
3.2.4.2 Acionamento com Motor Assíncrono de Anéis173
3.2.4.2.1 Variação da Resistênica Rotórica173
3.2.4.2.2 Sistema de Conexão Cascata175
3.2.4.2.3 Cascata Subsíncrona177
3.2.4.3Acionamento com Motor Assíncrono de Rotor Gaiola179
3.2.4.3.1 Variação do Número de Pólos180
3.2.4.3.2 Variação do Escorregamento181
3.2.4.3.3 Variação da Frequência da Tensão de Alimentação182
3.3 Conversores Estáticos de Frequência183
3.3.1 Introdução183
3.3.2Tipos de Conversores Estáticos de Frequência183
3.3.2.1 Conversor Regulador Direto – Cicloconversores184
3.3.2.2Conversor Regulador Indireto - Conversores com Circuito Intermediário184
3.3.2.2.1 Técnica de Corrente Imposta185
3.3.2.2.2 Técnica de Tensão Imposta186
3.3.3Conversores de Frequência com Modulação por Largura de Pulsos (PWM)189
3.3.3.1 Generalidades189
3.3.3.2 Controle Escalar193
3.3.3.3 Controle Vetorial194
3.3.3.4 Observações e Considerações Importantes197
3.3.3.5 Constituição Básica do Controlador Eletrônico198
3.4 Aplicação de Conversores de Frequência202
3.4.1 Introdução202
3.4.2 Critérios de Aplicação202
3.4.2.1 Operação Abaixo da Rotação Nominal202
3.4.2.1.1 Motores Autoventilados203
3.4.2.1.2 Motores com Ventilação Independente204
3.4.2.2 Operação Acima da Rotação Nominal205
3.4.2.3 Operação em Ambientes com Temperatura Elevada206
3.4.2.4 Operação em Regiões de Altitude Elevada206
3.4.2.5 Considerações Sobre Acionamentos Multimotores207
3.4.2.5.1 Sistema de Acionamento Multivonversores207
3.4.2.5.2 Sistema de Acionamento Monoconversor208
3.4.2.6 Considerações Sobre Acionamento de Motor Monofásico209
3.4.3 Efeito dos Harmônicos na Rede209
3.4.3.1 Fator de Potência e Fator de Deslocamento209
3.4.3.2 Utilização de Reatância de Rede211
3.4.3.3 Utilização de Filtro de Rádio Frequência213
3.4.3.4 Correção do Fator de Potência213
3.5 Aplicações Típicas215
3.5.1 Considerações Gerais215
3.5.2 Bombas215
3.5.2.1 Bombas Dinâmicas ou Turbobombas215
3.5.2.2 Bomba de Deslocamento Positivo ou Volumétricas216
3.5.3 Ventiladores216
3.5.4Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado216
3.5.5Torno de Superfície / Laminador Desfolhador216
3.5.6 Sistemas de Transporte217
3.5.7 Extrusoras218
3.5.8 Trefilas219
3.5.9 Misturadores219
3.5.10 Sistemas de Elevação219
3.5.1 Bobinadores/Desbobinadores220

WEG – Transformando Energia em Soluções7

3.5.13 Sistemas de Dosagem221
3.5.14 Centrífugas221
3.5.15 Moinhos a Tambor2
3.6 Anexos (Inversores)223
3.6.1Anexo I - Modulação por Largura de Pulsos - PWM (Pulse Width Modulation)223
3.6.2Anexo I - Medições e Instrumentos de Medida228
3.6.2.1 Medição da Corrente de Entrada228
3.6.2.2 Medição da Potência de Entrada228
3.6.2.3 Medição do Fator de Potência na Entrada229
3.6.2.4 Medição da Tensão de Saída229
3.6.2.5 Medição da Corrente de Saída230
3.6.2.6 Medição da Potência de Saída231
3.6.2.7 Eficiência dos Conversores231
3.6.3Anexo I - Funções Especiais dos Conversores Estáticos de Frequência232
3.6.3.1 Multi-Speed232
3.6.3.2 Ciclo Automático232
3.6.3.3Regulador PID Superposto (Tipo Proporcional, Integral e Derivativo)233
3.6.3.3.1 Introdução233
3.6.3.3.2 Circuitos de Regulação234
3.6.3.3.3 Principais Tipos de Reguladores237
3.6.3.4Realimentação de Velocidade por Tacogerador de Pulsos238
3.6.3.5 Curva U/F Ajustável238
3.6.3.6 Rejeição de Frequência s Críticas (Skip Frequency)239
3.6.3.7 Partida com Motor Girando (Flying Start)239
3.6.3.8 Frenagem C240
3.6.3.9 Frenagem Reostática240
3.6.3.10 Rampa "S"241
3.6.4Anexo IV - Semicondutores de Potênica242
3.6.5Anexo V - Comparitivo dos Sistemas de Variação de Velocidade243
4 Motores de Corrente Contínua244
4.1 Introdução244
4.2 Noções fundamentais245
4.2.1Principais Partes Construtivas de Uma Maquina CC245
4.2.2 Identificação da Maquina247
4.2.3 Princípios de Funcionamento248
4.2.4 Tipos Básicos de Excitação250
4.2.4.1 Excitação Independente250
4.2.4.2 Excitação Série251
4.2.4.3 Excitação Composta252
4.2.5 Esquema Básicos de Ligação253
4.2.5.1 Sentido de rotação253
4.2.5.2 Especificação dos Bornes254
4.2.6 Fontes de alimentação254
4.2.6.1 Tensões Usuais – Acionamentos C255
4.2.7 Fator de Forma255
4.2.8 Determinação da Bobina de Indução257
4.2.9 Rendimento258
4.3 Particularidades do Motor C259
4.3.1Partida e Frenagem da Máquina CC259
4.3.2 Carga com Bloqueio na Armadura260
4.3.3 Sentido de Rotação260
4.3.4 Tempo de Aceleração e Frenagem260
4.3.5 Sobrecargas Momentâneas Durante o Serviço261

WEG – Transformando Energia em Soluções8

4.4 Características construtivas264
4.4.1 Carcaça264
4.4.2 Acoplamentos264
4.4.3 Rolamentos264
4.4.4 Pontas de Eixo265
4.4.5 Escovas e Porta-Escovas265
4.4.6 Comutador265
4.4.7 Placa de Identificação266
4.4.8 Pintura267
4.4.9 Suspensão de Interferência de Faíscas267
4.5 Seleção de motores de corrente contínua268
4.5.1 Especificação de um Motor C268
4.5.2 Características de Conjugado268
4.5.3 Escolha do Motor Adequado270
4.5.4 Ensaios273
4.5.4.1 Ensaios de Rotina273
4.5.4.2 Ensaios de Tipo e Protótipo273
4.5.4.3 Ensaios Especiais273
5 Métodos de controle de velocidade para motor C275
5.1 Variação da Resistência de Armadura275
5.2 Sistema Ward-Leonard276
5.3 Variador de Tensão276
5.4 Conversor Estáticos277
5.5 Semicondutores de potência278
5.5.1 Curvas e Características Construtivas278
5.5.1.1 O Diodo278
5.5.1.2 O Tiristor279
5.5.2 Proteções Para Pontes Tiristorizadas281
5.5.2.1 Sobrecorrente281
5.5.2.2 Sobretensão281
5.5.2.3 Gradiente de Tensão281
5.6 Circuitos retificadores282
5.6.1 Retificadores não controlados282
5.6.1.1 Retificador de Meia Onda282
5.6.1.2 Retificador Trifásico283
5.6.2 Retificadores Controlados284
5.6.2.1 Retificador de Meia Onda284
5.6.2.2 Retificador Monofásico Semi-controlado288
5.6.2.3 Retificador Monofásico Totalmente Controlado291
5.6.2.4 Fator de Forma294
5.6.2.5 Retificadores Trifásicos Totalmente Controlados295
5.6.2.6 Ponte Trifásica com Carga Indutiva301
5.7 Sistemas usuais de acionamentos305
5.7.1 Sistema Unidirecional305
5.7.1.1 Unidirecional Sem Frenagem ( US )305
5.7.1.2 Unidirecional Com Frenagem Reostática ( UF )305
5.7.1.3Unidirecional Com Frenagem Regenerativa a Ponte Antiparalela306
5.7.2 Sistema Bidirecional306
5.7.2.1Bidirecional no Campo Sem Frenagem ( BSC )306
5.7.2.2Bidirecional na Armadura Sem Frenagem ( BSA )307

WEG – Transformando Energia em Soluções9

5.7.2.4Bidirecional na Armadura Com Frenagem Reostática (BFA)308
5.7.2.5Bidirecional Com Frenagem Regenerativa à Ponte Antiparalela (BA)308
5.8 Aplicação de conversores CA/C309
5.8.1 Tipos de Conjugados Resistentes309
5.8.1.1 Conjugado Constante (x = 0)309
5.8.1.2 Conjugado Linear (x = 1)310
5.8.1.3 Conjugado Quadrático (x = 2)311
5.8.1.4 Conjugado Hiperbólico (x= –1)312
5.8.1.5 Conjugados Não Definidos313
5.8.2 Critérios de Aplicação313
5.8.2.1Operação em Ambientes com Temperatura Elevada (t > 40oC)313
5.8.2.2Operação em Regiões de Altitude Elevada(Alt.) > 1000 m................................314
5.8.2.3 Considerações Sobre Acionamentos Multimotores315
5.8.2.3.1 Sistema de Acionamento Monoconversor315
5.8.2.3.2 Sistema de Acionamento Multimotores316
5.9 Potência Ativa e Reativa na Rede317
5.9.1Fator de Potência e Fator de Deslocamento317
5.9.2 Utilização de Reatância de Rede318
5.9.3 Correção do Fator de Potência319
5.9.4Potência Ativa e Reativa em Ponte Monofásica Semi-controlada320
5.9.5Potência Ativa e Reativa em Ponte Monofásica Totalmente controlada323
5.10 Comparativo dos sistemas de variação de velocidade325
5.10.1Aplicações típicas325
5.10.1.1 Considerações Gerais325
5.10.1.2 Bombas325
5.10.1.2.1 Bombas Dinâmicas ou Turbobombas325
5.10.1.2.2 Bombas de Deslocamento Positivo ou Volumétrico326
5.10.1.3 Ventiladores326
5.10.1.4 Sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado326
5.10.1.5 Torno de Super fície / Laminador Desfolhador326
5.10.1.6 Sistemas de Transporte327
5.10.1.7 Extrusoras328
5.10.1.8 Trefilas328
5.1 Sistema de acionamento CA/C329
5.1.1 Acionamento com Enfraquecimento de Campo332
5.12 Aplicação e seleção3
5.12.1 Dimensionamento do conversor3
5.12.2 Reatância de rede335
5.12.3 Fusíveis ultra-rápidos336
5.12.3.1 Escolha do motor336
5.12.3.1.1 Potência nominal336
5.12.4 Faixa de rotação336
5.12.5 Tensão de armadura336
5.13 Exemplo de aplicação338

Módulo 2 – Variação de Velocidade

atender a seguinte situação338

5.13.1 Com o auxílio dos catálogos dos conversores CA/C WEG, dimensionar um conversor para

características:339
5.14 Exercícios de aplicação343
5.14.1 Selecionar acionamento para uma carga com as seguintes características:343

WEG – Transformando Energia em Soluções10

5.15 Apêndice 1 - Linha de Conversores CA/C WEG349
5.16 Apêndice 2 - Linha de Acionamentos CA/C WEG357
5.16.1 Acionamento Monofásico357
5.16.2 Acionamentos Trifásicos358
5.17 Apêndice 3 – Circuitos de Regulação35761
5.16.1 Sistema de Controle em Malha Fechada361
5.16.2 Comportamento Dinâmico de um Regulador em Malha Fechada361

Módulo 2 – Variação de Velocidade 5.17 Efeitos dos Harmônicos em Sistemas com Conversores à Semi Condutores.......363

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Módulo 2 – Variação de Velocidade

O ano de 1866 pode ser considerado, em termos práticos, como o ano de nascimento da máquina elétrica, pois foi nesta data que o cientista alemão Werner Siemens inventou o primeiro gerador de corrente contínua auto-induzido. Entretanto, deve-se mencionar que esta máquina elétrica, que revolucionou o mundo em poucos anos, foi o último estágio de um processo de estudos, pesquisas e invenções de muitos outros cientistas, durante quase três séculos. Em 1600 o cientista inglês William Gilbert publicou, em Londres, a obra intitulada “De

Magnete”, descrevendo a força de atração magnética. O fenômeno da eletricidade estática já havia sido observado pelo grego Tales, em 641 AC, ele verificou que ao atritar uma peça de âmbar com pano esta adquiria a propriedade de atrair corpos leves, como pêlos, penas, cinzas, etc. A primeira máquina eletrostática foi construída em 1663, pelo alemão Otto Guericke, e aperfeiçoada em 1775 pelo suíço Martin Planta. O físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fazer experiências com correntes elétricas, verificou ao acaso, em 1820, que a agulha magnética de uma bússola era desviada de sua posição norte-sul quando esta passava perto de um condutor no qual circulava corrente elétrica. Esta observação permitiu a Oersted reconhecer a íntima relação entre magnetismo e eletricidade, dando assim o primeiro passo em direção ao desenvolvimento do motor elétrico. O sapateiro inglês William Sturgeon - que, paralelamente à sua profissão, estudava eletricidade nas horas de folga - baseando-se na descoberta de Oersted constatou, em 1825, que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor elétrico transformava-se em imã quando se aplicava uma corrente elétrica, observando também que a força do imã cessava tão logo a corrente fosse interrompida. Estava inventando o eletroímã, que seria de fundamental importância na construção de máquinas elétricas girantes.

Mas as experiências com o magnetismo e a eletricidade não cessaram. Em 1832, o cientista italiano S. Dal Negro construiu a primeira máquina de corrente alternada com movimento de vaivém. Já no ano de 1833 o inglês W. Ritchie inventou o comutador, construindo um pequeno motor elétrico onde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de um imã permanente. Para dar uma rotação completa, a polaridade do eletroímã era alternada a cada meia volta através do comutador. A inversão da polaridade também foi demonstrada pelo mecânico parisiense H. Pixii ao construir um gerador com um imã em forma de ferradura que girava diante de duas bobinas fixas com um núcleo de ferro. A corrente alternada era transformada em corrente contínua pulsante através de um comutador. Grande sucesso obteve o motor elétrico desenvolvido pelo arquiteto e professor de física

Moritz Hermann Von Jacobi - que, em 1838, aplicou-o a uma lancha.

Somente em 1866 Siemens construiu um gerador sem a utilização de imã permanente, provando que a tensão necessária para o magnetismo podia ser retirada do próprio enrolamento do rotor, isto é, que a máquina podia auto-excitar-se. O primeiro dínamo de Werner Siemens possuía uma potência de aproximadamente 30 watts e uma rotação de 1200rpm. A máquina de

Siemens não funcionava somente como gerador de eletricidade. Podia também operar como motor, desde que se aplicasse aos seus bornes uma corrente contínua. Em 1879, a firma Siemens & Halske apresentou, na feira industrial de Berlim, a primeira locomotiva elétrica, com uma potência de 2kW.

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A nova máquina de corrente contínua apresentava vantagens em relação à máquina a vapor, à roda d’água e à força animal. Entretanto, o alto custo de fabricação e sua vulnerabilidade em serviço (por causa do comutador) marcaram-na de tal modo que muitos cientistas dirigiram suas atenções para o desenvolvimento de um motor elétrico mais barato, mais robusto e de menor custo de manutenção. Entre os pesquisadores preocupados com esta idéia destacam-se o iugoslavo Nicola

Tesla, o italiano Galileu Ferraris e o russo Michael Von Dolivo Dobrowolsky. Os esforços não se restringiram somente ao aperfeiçoamento do motor de corrente contínua, mas também se cogitou de sistemas de corrente alternada, cujas vantagens já eram conhecidas desde 1881.

Em 1885, o engenheiro eletricista Galileu Ferraris construiu um motor de corrente alternada de duas fases. Ferraris, apesar de ter inventado o motor de campo girante, concluiu erroneamente que motores construídos segundo este princípio poderiam, no máximo, obter um rendimento de 50% em relação à potência consumida. E Tesla apresentou, em 1887, um pequeno protótipo de motor de indução bifásico com rotor em curto-circuito. Também este motor apresentou rendimento insatisfatório, mas impressionou de tal modo a firma norte-americana Westinghouse, que esta lhe pagou um milhão de dólares pelo privilégio da patente, além de se comprometer ao pagamento de um dólar para cada HP que viesse a produzir no futuro. O baixo rendimento deste motor inviabilizou economicamente sua produção e três anos mais tarde as pesquisas foram abandonadas.

Foi o engenheiro eletricista Dobrowolsky, da firma AEG, de Berlim, que, persistindo na pesquisa do motor de corrente alternada entrou, em 1889, com o pedido de patente de um motor trifásico com rotor de gaiola. O motor apresentado tinha uma potência de 80 watts, um rendimento aproximado de 80% em relação à potência consumida e um excelente conjugado de partida. As vantagens do motor com rotor de gaiola em relação ao de corrente contínua eram marcantes: construção mais simples, silencioso, menor manutenção e alta segurança em operação. Dobrowolsky desenvolveu, em 1891, a primeira fabricação em série de motores assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5kW.

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O Universo Tecnológico em Motores Elétricos

Os motores síncronos são motores de velocidade constante e proporcional com a frequência da rede. Os pólos do rotor seguem o campo girante imposto ao estator pela rede de alimentação trifásica. Assim, a velocidade do motor é a mesma do campo girante. Basicamente, o motor síncrono é composto de um enrolamento estatórico trifásico, que produz o que se designa de campo girante, e de um rotor bobinado (de pólos salientes ou de pólos lisos) que é excitado por uma tensão C. Esta tensão C de excitação gera um campo estacionário no rotor que interagindo com o campo girante produzido pelo enrolamento estatórico, produz torque no eixo do motor com uma rotação igual ao próprio campo girante.

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Figura 1.1 - Motor síncrono

O maior conjugado que o motor pode fornecer está limitado pela máxima potência que pode ser cedida antes da perda de sincronismo, isto é, quando a velocidade do rotor se torna diferente da velocidade do campo girante, ocasionando a parada do motor (tombamento). A excitação determina também as porcentagens de potência ativa e reativa que o motor retira da rede, para cada potência mecânica solicitada pela carga.

Este tipo de motor tem a sua aplicação restrita a acionamentos especiais, que requerem velocidades invariáveis em função da carga (até o limite máximo de torque do motor). A sua utilização com conversores de frequência pode ser recomendada quando se necessita uma variação de velocidade aliada a uma precisão de velocidade mais apurada.

A rotação do eixo do motor (rotação síncrona) é expressa por:

p f nS 2

Onde: nS = Rotação síncrona (rpm); f = Frequência (Hz);

2p = Número de pólos.

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 de rotação entre o campo girante (síncrono) e o rotor, passe a produzir um conjugado eletromagnético igual e oposto ao conjugado externamente aplicado.

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Este tipo de máquina possui várias características próprias, que são definidas e demonstradas em uma larga gama de obras dedicadas exclusivamente a este assunto. Nesta apostila veremos os princípios e equações básicas necessárias para o desenvolvimento do tema voltado à aplicação de conversores de frequência para a variação de velocidade.

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