(Parte 1 de 8)

MÓDULO 1
Comando e Proteção

WEG – Transformando Energia em Soluções tr_CTC-238

WEG – Transformando Energia em Soluções1

Módulo 1 – Comando e Proteção * “ Material sujeito a alterações sem prévio aviso!”

WEG – Transformando Energia em Soluções2

Módulo 1 – Comando e Proteção

1 MANUAL DE MOTORES ELÉTRICOS13
1.1 Histórico13
1.2 Noções Fundamentais15
1.2.1 Motores Elétricos15
1.2.1.1 Motor Síncrono15
1.2.1.2 Motor Assíncrono16
1.2.1.3 Motor C18
1.2.2 Conceitos Básicos19
1.2.2.1 Conjugado19
1.2.2.2 Energia e Potência Mecânica20
1.2.2.3 Energia e Potência Elétrica21
1.2.2.4 Velocidade Nominal23
1.2.2.5 Corrente Nominal23
1.2.2.6 Potência Aparente, Ativa e Reativa23
1.2.2.7 Potência Equivalente24
1.2.2.8 Triângulo de Potência26
1.2.2.9 Fator de Potência26
1.2.2.10 Rendimento26
1.2.2.1 Relação entre Unidades de Potência28
1.2.2.12 Relação entre Conjugado e Potência28
1.2.2.13 Sistemas de Corrente Alternada Monofásica28
1.2.3 Sistemas de Corrente Alternada Trifásica30
1.2.3.1 Ligação Triângulo31
1.2.3.2 Ligação Estrela32
1.2.4 Motor de Indução Trifásico3
1.2.4.1 Princípio de Funcionamento3
1.2.4.2 Velocidade Síncrona (n S)35
1.2.4.3 Escorregamento (s)36
1.2.4.4 Equacionamento37
1.2.5 Definições de Termos Técnicos Usuais41
1.3 Características da Rede42
1.3.1 O Sistema42
1.3.1.1 Trifásico42
1.3.1.2 Monofásico42
1.3.2 Tensão Nominal4
1.3.2.1 Tensão da Rede de Alimentação em Função da Potência do Motor44
1.3.2.2 Tensão Nominal Múltipla45
1.3.2.3 Tensões de Ligações Normais47
1.3.3 Frequência Nominal (Hz)48
1.3.3.1 Tolerância de Variação de tensão e Frequência48
1.3.3.2 Ligação em Frequências Diferentes50
1.3.4Limitação da Corrente de Partida de Motores Trifásicos51
1.3.4.1 Partida Com Chave Estrela-Triângulo (Y-D)51
1.3.4.2 Partida Com Chave Compensadora (auto-transformador)53
1.3.4.3 Comparação Entre Chaves “Y-D” e Compensadora “Automática”54
1.3.4.4 Partida Com Chave Série-Paralelo54
1.3.4.5 Partida Com Reostato para Motores de Anéis55
1.3.4.6 Partidas Eletrônicas56
1.3.5Sentido de Rotação de Motores de Indução Trifásicos62
1.4 Características de Aceleração63
1.4.1 Conjugados63

WEG – Transformando Energia em Soluções3

1.4.1.2 Categorias – Valores Mínimos Normalizados64
1.4.1.3 Características dos Motores WEG67
1.4.2 Inércia da Carga67
1.4.3 Tempo de Aceleração68
1.4.4 Regime de Partida70
1.4.5 Corrente de Rotor Bloqueado72
1.4.5.1 Valores Máximos Normalizados72
1.4.5.2 Indicação da Corrente72

Módulo 1 – Comando e Proteção

1.5.1 Introdução74
1.5.2 Variação de Números de Pólos74
1.5.2.1 Motores de Duas Velocidades em Enrolamentos Separados74
1.5.2.2 Motores de Duas Velocidades com Enrolamentos por comutação de Pólos75
1.5.2.3 Motores Com Mais de Duas Velocidades75
1.5.3 Variação do Escorregamento76
1.5.3.1 Variação da Resistência Rotórica76
1.5.3.2 Variação da Tensão do Estator77
1.5.4 Variação da Freqüência7
Conversores de Frequência79
1.6 Característica em Regime80
1.6.1Elevação de Temperatura, Classe de Isolamento80
1.6.1.1 Aquecimento do Enrolamento80
1.6.1.2 Vida Útil do Motor82
1.6.1.3 Classes de Isolamento82
1.6.1.4 Medida de Elevação de Temperatura do Enrolamento83
1.6.1.5 Aplicação a Motores Elétricos83
1.6.2 Proteção Térmica de Motores Elétricos84
1.6.2.1 Termo-Resistência (PT-100)85
1.6.2.2 Termistores (PTC e NTC)85
1.6.2.3 Termostatos86
1.6.2.4 Protetores Térmicos87
1.6.2.5 Proteção de motores de alta tensão weg88
1.6.3 Regime de Serviço90
1.6.3.1 Regimes de Serviços Padronizados90
1.6.3.2 Designação do Regime Tipo96
1.6.3.3 Potência Nominal97
1.6.4 Fator de Serviço (FS)97
1.7 Características do Ambiente98
1.7.1 Altitude98
1.7.2 Temperatura Ambiente98
9
1.7.4 Atmosfera Ambiente9
1.7.4.1 Ambientes Agressivos9
1.7.4.2 Ambientes Contendo Poeiras ou Fibras100
1.7.4.3 Locais em Que a Ventilação do Motor é Prejudicada101
1.7.5 Graus de Proteção101
1.7.5.1 Código de Identificação101
1.7.5.2 Tipos Usuais de Proteção103
1.7.5.3 Motores a Prova de Intempéries103
1.7.6 Ventilação104
1.7.6.1 Sistema de Refrigeração104
1.7.7 Resistência de Aquecimento114

WEG – Transformando Energia em Soluções4

1.8 Ambientes Perigosos115
1.8.1 Áreas de Risco115
1.8.2 Atmosfera Explosiva115
1.8.3 Classificação das Áreas de R isco115
1.8.3.1 Classes e Grupos das Área de Risco116
1.8.4 Classes de Temperatura117
1.8.5 Equipamentos Para Áreas de Risco117
1.8.6Equipamentos de Segurança Aumentada (ProteçãoEx-e)________________________119
1.8.7Equipamentos com Invólucros a Prova de Explosão (Proteção Ex-d)120
1.9 Características Construtivas121
1.9.1 Dimensões121
1.9.2 Formas Construtivas Normalizadas122
1.9.3 Motores com Flange126
1.9.4 Pintura129
1.9.5 Vibração130
1.9.5.1 Suspensão Livre130
1.9.5.2 Chaveta130
1.9.5.3 Pontos de Medição130
1.9.6 Balanceamento132
1.9.6.1 Definição132
1.9.6.2 Tipos de Balanceamento132
1.9.7 Aterramento133
1.9.7.1 Finalidade do Aterramento133
1.9.7.2 Bitolas Mínimas de Condutores de Aterramento134
1.9.8 Elementos de Transmissão134
1.9.8.1 Esforços Axiais e Radiais136
1.9.8.2 Cálculo da Força Radial em Acoplamento por Polias e Correias140
1.9.9 Placa de Identificação140
1.9.9.1 Motor de Alta Tensão (Linha WEG Máquinas Ltda.)141
1.9.9.2 Motor de Baixa Tensão (Linha WEG Motores Ltda.)141
1.10 Seleção e Aplicação dos Motores Elétricos Trifásicos142
1.10.1Guia de Seleção do Tipo de Motor Para Diferentes Cargas147
1.1 Ensaios148
1.1.1Ensaios de Rotina148
1.1.2Ensaios de Tipo148
1.1.3Ensaios Especiais148
1.1.4Laboratório de Ensaios da WEG Máquinas para Motores de Alta Tensão149
2 Especificação de Motores Elétricos151
2.1 Potência Nominal151
2.2 Conjugado Resistente da Carga153
2.2.1 Conjugado Constante153
2.2.2 Conjugado Linear154
2.2.3 Conjugado Quadrático154
2.2.4 Conjugado Hiperbólico155
2.2.5 Conjugados Não Definidos156
2.3 Conjugado Resistente Médio da Carga157
2.4 Momento de Inércia da Carga159
2.5 Conjugado x Velocidade do Motor160
2.5.1 Conjugado Básico160
2.5.2Conjugado Nominal ou de Plena Carga160

WEG – Transformando Energia em Soluções5

2.5.4 Conjugado Mínimo161
2.5.5 Conjugado Máximo161
2.5.6Fatores de Correção dos Conjugados em Função da Tensão162
2.6 Conjugado Motor Médio163
2.7 Tempo de Rotor Bloqueado (trb)165
2.7.1Tempo de Rotor Bloqueado em Relação a Classe Isolante165
2.7.2 Tempo de Aceleração166
2.7.3 Potência Dinâmica ou de Aceleração168
2.8 Especificação de Motores Para Ventiladores e Bombas170
2.8.1 Definições170
2.8.1.1 Ventiladores170
2.8.1.2 Bombas170
2.8.2Critérios Para Selecionar o Motor que Irá Acionar a Carga170
2.8.2.1 Características da Rede de Alimentação170
2.8.2.2 Características do Ambiente170
2.8.2.3 Características Construtivas170
2.8.2.4 Características do Ventilador171
2.8.2.5 Características da Bomba171
2.8.3 Determinação da Velocidade do Motor171
2.8.4Potência Nominal ou de Serviço da Carga172
2.8.4.1 Conhecendo a vazão e a pressão total172
2.8.4.2 Conhecendo-se o Conjugado Nominal da Carga173
2.8.4.3 Conhecendo-se a Vazão e a Altura Manométrica da Bomba173
2.8.5 Tempo de Aceleração173
2.8.6 Exemplos176
2.8.6.1 Ventilador176
2.8.6.2 Bombas179
2.9 Especificação de Motores Para Compressores183
2.9.1 Compressor183
2.9.1.1 Definições183
2.9.2Critérios Para Selecionar o Motor que Irá Acionar o Compressor183
2.9.2.1 Características da Rede de Alimentação183
2.9.2.2 Características do Ambiente183
2.9.2.3 Características Construtivas183
2.9.2.4 Características do Compressor184
2.9.3 Determinação da Velocidade do Motor184
2.9.4Potência Nominal ou de Serviço do Motor184
2.9.5 Tempo de Aceleração185
2.9.6 Exemplos186
2.10 Especificação de Motores Para Talhas190
2.10.1 Talhas190
2.10.1.1 Definições190
2.10.2Critérios Para Selecionar o Motor que Irá Acionar a Talha190
2.10.2.1 Características da Rede de Alimentação190
2.10.2.2 Características do Ambiente190
2.10.2.3 Características Construtivas190
2.10.2.4 Características da Talha191
2.10.3Determinação da Velocidade do Motor191
2.10.4Determinação do Conjugado Nominal Requerido Pela Talha (Ccn)191
2.10.5Potência Nominal ou de Serviço do Motor192
2.10.6Regime de Trabalho do Motor192
2.10.7Categoria do Motor193
2.10.8Tempo de Aceleração194

WEG – Transformando Energia em Soluções6

2.10.10 Roteiro de Especificação do Motor196
2.10.1 Roteiro de Especificação do Motor Quando Não seConhece os Dados Para o Cálculo da
Corrente Máxima Admissível196
2.10.12 Exemplo196
3 Manutenção de Motores Elétricos202
3.1 Introdução202
3.2 Instruções Básicas203
3.2.1 Instruções Gerais203
3.2.2 Fornecimento203
3.2.3 Armazenagem203
3.3 Instalação206
3.3.1 Aspectos Mecânicos206
3.3.1.1 Fundações206
3.3.1.2 Tipos de Bases207
3.3.1.3 Alinhamento208
3.3.1.4 Acoplamento209
3.3.2 Aspectos Elétricos213
3.3.2.1 Sistemas de Alimentação213
3.3.3 Entrada em Serviço217
3.3.3.1 Exame Preliminar217
3.3.3.2 Partida Inicial218
3.3.3.3 Funcionamento218
3.3.3.4 Desligamento218
3.4 Manutenção219
3.4.1 Limpeza219
3.4.2 Lubrificação219
3.4.2.1 Intervalos de Lubrificação220
3.4.2.2 Qualidade e Quantidade de Graxa220
3.4.2.3 Instruções para Lubrificação221
3.4.2.4 Substituição de Rolamentos2
3.4.3 Recomendações Gerais225
3.5 Falhas em Motores Elétricos226
3.5.1Análise de Causas e Defeitos de Falhas em Motores Elétricos226
3.6 Danos em Enrolamentos de Motores Elétricos de Indução228
3.6.1 Motores Trifásicos e Monofásicos229
4 Análise dos Dispositivos Elétricos Utilizados em Baixa Tensão230
4.1 Dispositivos de Seccionamento231
4.2 Dispositivos de Proteção232

Módulo 1 – Comando e Proteção

5.1 Fusíveis233
5.1.1Fusíveis de Força (D OU NH)233
5.1.1.1 Classificação234
5.1.1.2 Curvas Tempoxcorrente de Fusíveis weg235
5.1.1.3 Dimensionamento236
5.1.1.4 Exemplo de Cálculo:237
5.1.2 Fusíveis de Comando239
5.1.2.1 Dimensionamento239
5.2 Contatores244

WEG – Transformando Energia em Soluções7

5.2.2 Contato Principal244
5.2.3 Contatos Auxiliares245
5.2.4 Sistema de Acionamento245
5.2.5 Etiquetas e Identificação de Terminais246
5.2.5.1 Nomenclatura de Contatos em Contatores246
5.2.6 Fases de uma Manobra250
5.2.6.1 Processo de Ligação250
5.2.6.2 Estado Fechado252
5.2.6.3 Processo de Desligamento253
5.2.6.4 Estado Aberto253
5.2.7 Ensaios Realizados253
5.2.8 Posição de Montagem255
5.3 Dimensionamento de Contatores de Força256
5.3.1 Critérios de Escolha256
5.3.2Comutação de Motores com Rotor de Gaiola258
5.3.2.1 Escolha para Categoria de Emprego AC3258
5.3.3Comutação de Cargas Resistivas – Categoria AC-1258
5.3.4Chaveamento de Capacitores – Categoria AC-6b259
5.3.5 Comutação de Lâmpadas259
5.3.5.1 Lâmpadas Incandescentes260
5.3.5.2 Lâmpadas Fluorescentes260
5.3.5.3 Lâmpadas de Vapor de Mercúrio de Alta Pressão260
5.3.5.4 Lâmpadas de Vapor Metálico de Halogênio260
5.3.5.5 Lâmpadas Mistas260
5.3.5.6 Lâmpadas de Vapor de Sódio de Alta e Baixa Pressão260
5.3.6 Comutação de Corrente Contínua261
5.3.7 Comutação em Aplicações Especiais261
5.3.7.1 Comutação de transformadores a vazio (sem carga no secundário):261
5.3.7.2 Comutação de Transformadores em Máquinas de Solda:262
5.3.8 Acessórios262
5.4 Protetores Térmicos (sondas térmicas) para Motores Elétricos267
5.4.1 Termostatos:267
5.4.2 Termistores – PTC269
5.4.3 TermoresistênciaS – PT100270
5.4.4 Protetores Bimetálicos de Disco:271
5.5 Relés de Sobrecarga272
5.5.1 Definição e Função272
5.5.2 Construção e Operação272
5.5.2.1 Dispositivo Mecânico Sensível Contra Falta de Fase273
5.5.2.2 Proteção com Relés + TC’s275
5.5.2.3 Curva Característica de Desarme (conforme IEC 947)275
5.5.3 Condições de Serviço276
5.5.3.1 Temperatura Ambiente276
5.5.3.2 Compensação de Temperatura276
5.5.3.3 Posição de Montagem277
5.5.4 Características de Operação277
5.5.4.1 Corrente Nominal do Motor277
5.5.4.2 Características da Rede277
5.5.4.3 Número de Manobras277
5.5.4.4 Instalação de Relés Tripolares para Serviço Mono e Bifásico277
5.5.5 Relés de Sobrecarga WEG278
5.5.5.1 CaracterísticasDos Relés WEG:279
5.5.5.2 Terminais:279
5.5.5.3 Tecla Multifunção280

WEG – Transformando Energia em Soluções8

5.6 Relés de Tempo281
5.6.1.1 Relés de Tempo com Retardo na Energização (RTW...E)281
5.6.1.2 Relé de Tempo Estrela-Triângulo (RTW..Y-D)283
5.6.2Relé de Sequência de Fase (RSW)285
5.6.3 Relé de Proteção PTC (RPW-PTC)287
5.6.4 Relé Falta de Fase289
5.6.4.1 Com Neutro na Instalação289
5.6.4.2 Sem Neutro na Instalação290
5.6.5Relé de Mínima e Máxima Tensão290
5.6.6 Controladores de Nível291
5.6.6.1 Controladores de Nível Mecânicos (“Chaves Bóia”)291
5.6.6.2 Controladores de Nível Eletrônicos291
5.7 Transformadores294
5.7.1 Transformador de Comando294
5.7.1.1 Formas de Instalação294
5.7.1.2 Dimensionamento294
5.7.2 Auto Transformadores de Partida295
5.7.2.1 Dimensionamento295
5.7.3 Transformadores de Corrente (TC’s)296
5.8 Disjuntor297
5.8.1 Funcionamento297
5.8.2 Capacidade de Interrupção298
5.8.3 Categoria de Utilização para Disjuntores298
5.8.4 Classificação dos Disjuntores299
standard, limitadores e seletivos299

5.8.4.1Sob o ângulo de funcionamento, podemos classificá-los em três classes denominadas

5.8.5 Disparadores em Disjuntores301
5.8.6Vida Útil e Freqüência de Manobra301
5.8.7 Contatos Auxiliares302
5.8.8 Tipos de Disjuntores302
5.8.8.1 Disjuntores Ligados Diretamente à Carga303
5.8.8.2 Disjuntores de Distribuição303
5.8.8.3 Disjuntores de Acoplamento303
5.9 Seletividade entre Dispositivos de Proteção em Baixa Tensão304
5.9.1Fusíveis Ligados em série com fusíveis304
5.9.2Fusíveis Ligados em Série com Disjuntores304
5.9.3 Disjuntor em Série com Fusível305
5.10 Análise e Determinação do Nível de Curto-Cicuito307
5.10.1Introdução307
5.10.2Análise do Curto-Circuito Trifásico “Tripolar”307
5.10.3Valores médios de impedância e resistência de transformadores311
5.10.4Cálculo de Curto-Circuito pelo Método Simplificado311
5.10.5Determinação das Resistências Adicionais do Sistema311
5.10.6Grandezas para a Especificação313
5.10.6.1 Corrente Nominal313
5.10.6.2 Tensão Nominal313
5.10.6.3 Valor eficaz da Corrente de Curto-Circuito Ik313
5.1 Exercício de aplicação de dimensionamento de nível de curto-circuito314
5.12 Linha de Disjuntores em Caixa Moldada WEG319
5.12.1Características:319

WEG – Transformando Energia em Soluções9

5.12.3Dados complementares para a seleção de disjuntores321
5.12.4Funções adicionais da linha WEG322
5.12.5Acessórios322
5.12.6Disjuntores Para a Proteção de Circuitos de Motores (DW-M)325
5.12.7Disjuntores Para a Proteção de Geradores (DW-G)325
5.12.8Chave de Transferência Motorizada - CTM326
5.12.9Interruptores - IW326
5.13 Exemplo de Seleção327
5.13.1Nível de Curto-Circuito da Instalação328
5.14 Disjuntor-Motor DMW-25328
5.14.1.1 Dados Técnicos329
5.14.1.2 Característica de Disparo (curva média)330
5.14.1.3 Posição de Montagem331
5.14.1.4 Acessórios331
5.14.1.5 Diagrama de Ligação334
5.15 Comando e Sinalização335
5.15.1Montagem335
5.15.1.1 Encaixe e Posicionamento335
5.15.1.2 Montagem335
5.15.1.3 Segurança e Confiabilidade336
5.15.2Linha BW - f22mm336
5.16 Escolha do Tipo de Chave338
5.16.1Partida Direta338
5.16.2Partida Estrela-Triângulo339
5.16.2.1 Seqüência Operacional (Com Relé de Tempo Estrela-Triângulo)342
5.16.3Partida Compensadora342
5.16.4Partida Série-Paralelo344
5.16.6Escolha da Chave em Função do Motor e da Rede347
5.17 Dimensionamento dos Componentes Básicos da Chave349
5.17.1Chave de Partida Direta350
5.17.1.1 Corrente no Trecho350
5.17.1.2 Roteiro de Cálculo350
5.17.1.3 Diagrama Padrão WEG353
5.18 Chave de Partida Estrela-Triângulo354
5.18.1Correntes nos Trechos354
5.18.2Roteiro de Cálculo356
5.18.3Diagrama Padrão WEG360
5.19 Chave de Partida Compensadora362
5.19.1Corrente nos Trechos362
5.19.2Roteiro de Cálculo364
5.19.3Diagrama Padrão WEG368
5.20 Chave de Partida Estrela Série Paralela369
5.20.1Corrente nos Trechos369
5.20.2Roteiro de Cálculo371
5.20.3Diagrama Padrão WEG374
5.21 Equipamentos Opcionais376
5.2 Diagrama de Chaves Especiais377
5.2.1Reversão Direta377

WEG – Transformando Energia em Soluções10

5.2.3Comando por Botão Fim de Curso378
5.2.4Comando por Pressostato378
5.2.5Proteção Térmica por Termistor379
5.2.6Motor de Duas Rotações com Dois Enrolamentos Separados379
5.2.7Motor Dahlander380
5.2.8Estrela-Triângulo com reversão380
5.2.9Partida Compensadora com Apenas um Auto Transformador381
5.23 Condição de Serviços de Chaves382
5.23.1Queda de Tensão382
5.23.1.1 Circuitos Alimentadores de Motores Elétricos382
5.23.1.2 Motores de Indução382
5.23.1.3 Circuitos de Comando383
5.23.1.4 Componentes de Comando383
5.23.1.5 Principais Causadores de Queda de Tensão384
5.23.2Limites de Temperatura384
5.23.3Limites de Altitude384
5.23.4Posição de Montagem384
5.23.5Vibrações385
5.23.6Graus de Proteção385
5.23.7Distância Mínima Entre Componentes385
5.24 Instalação e Manutenção de Chaves386
5.24.1Transporte386
5.24.2Armazenagem e Longas Paradas de Chaves (ex: Irrigação)386
5.24.3Recomendações Para Primeira Partida de Motores386
5.24.4Aterramento387
5.24.5Conexões Elétricas387
5.24.6Manutenção em Chaves de Partida388
5.24.6.1 Tipos de Manutenção388
5.24.7Substituição de Fusíveis388
5.24.8Substituição de Contatos de Contatores389
5.24.9Ajustes em Relés de Sobrecarga e de Tempo389
5.24.10 Principais Defeitos e Suas Causas em Chaves de Partidas390
5.25 Soft – starter392
5.25.1Introdução392
5.25.2Princípio de Funcionamento392
5.25.2.1 Circuito de potência393
5.25.2.2 Circuito de controle393
5.25.3Principais Características393
5.25.3.1 Principais Funções393
5.25.3.2 Proteções398
5.25.3.3 Acionamentos típicos401
5.25.4Principais aplicações para Soft-Starters404
5.25.4.1Bombas centrífugas404
5.25.4.2 Compressores405
5.25.4.3 Ventiladores405
5.25.4.4 Misturadores406
5.25.4.5 Moinhos407
5.25.4.6 Transportadores408
5.25.4.7 Centrífugas409
5.25.5Critérios para dimensionamento409
5.25.5.1 Situação Ideal411
5.25.5.2 Situação Normal418
5.25.6Considerações Importantes419

WEG – Transformando Energia em Soluções11

6.1 Introdução426
6.2 Legislação Atual427
6.3 Fator de Potência429
6.3.1 Conceitos Básicos429
6.3.2ConseqUências e Causas de um Baixo Fator de Potência430
6.3.2.1 Perdas na Instalação430
6.3.2.2 Quedas de Tensão430
6.3.2.3 Subutilização da Capacidade Instalada430
6.3.2.4 Principais Conseqüências431
6.3.2.5 Causas do Baixo Fator de Potência432
6.3.3Onde Corrigir o Baixo Fator de Potência432
6.3.4Vantagens da Correção do Fator de Potência432
6.3.4.1 Melhoria da Tensão432
6.3.4.2 Redução das Perdas433
6.3.4.3 Vantagens da Empresa435
6.3.4.4 Vantagens da Concessionária435
6.4 Correção do Fator de Potência em Baixa Tensão436
6.4.1Tipos de Correção do Fator de Potência436
6.4.1.1 Correção na média tensão437
6.4.2Projeto da Correção do Fator de Potência437
6.4.2.1 Levantamento de Dados438
6.4.2.2 Determinação da Potência Reativa Capacitiva439

Módulo 1 – Comando e Proteção

6.4.2.4 Cálculo da Capacitância do Capacitor440
6.4.2.5 Cálculo da Corrente do Capacitor Para o Dimensionar os Contatores440
6.4.2.6 Proteção Contra Curto-circuito440
6.4.2.7 Condutores441
6.4.2.8 Dimensionamento da Potência Reativa Capacitiva Para a Correção Localizada441
6.4.2.9 Dimensionamento da Potência Reativa para Bancos Automáticos441
6.4.3Correção do Fator de Potência em Redes com Harmônicas443
6.4.3.1 Origem das Harmônicas443
6.4.3.2 Classificação das Harmônicas443
6.4.3.3 Cargas não Lineares4
6.4.3.4 Problemas Causados Pelas Harmônicas4
6.4.3.5 Fator de Potência com Harmônicas445
6.5 Cuidados na Aplicação de Capacitores450
6.5.1Interpretação dos principais parâmetros dos capacitores450
6.6 Cuidados na Instalação de Capacitores452
6.6.1 Local da Instalação452
6.6.2 Localização dos Cabos de Comando452
6.6.3 Cuidados na Instalação Localizada452
6.7 Manutenção Preventiva453
6.7.1Periodicidade e Critérios Para a Inspeção453
6.8 Principais Conseqüências da Instalação Incorreta de Capacitores454

6.4.2.3 Dimensionamento da Potência Reativa Capacitiva para a Correção do Transformador440

Gerador)456
6.10 Aplicação de Contatores para Manobra de Capacitores457
6.1 Tabelas e Esquemas458
6.1.1Tabela do Fator Multiplicador458
6.1.2Tabela Para Correção de Motores459

WEG – Transformando Energia em Soluções12

6.1.4Tabela Para Correção de Transformadores461
6.1.5Tabela de fios e ca bos462
6.1.6Esquema de Correção Para Chaves de Partida Direta463
6.1.7Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela-Triângulo I464
6.1.8Esquema de Correção para Chave de Partida Estrela-Triângulo II465
6.1.9Esquema de Correção para Chave de Partida Compensadora466
6.1.10 Esquema de Correção para Chave de Partida Série-Paralelo467
6.1.1 Esquema de Correção para Chave de Partida Série Estrela-Triângulo468

Módulo 1 – Comando e Proteção Anexos

WEG – Transformando Energia em Soluções13

Módulo 1 – Comando e Proteção

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.

WEG – Transformando Energia em Soluções14

Módulo 1 – Comando e Proteção

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.

WEG – Transformando Energia em Soluções15

Módulo 1 – Comando e Proteção

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.

WEG – Transformando Energia em Soluções16

Módulo 1 – Comando e Proteção

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.

WEG – Transformando Energia em Soluções17

(Parte 1 de 8)

Comentários