Manual de Motores Elétricos

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1. Fundamentos gerais5
1.1 Motores de corrente contínua5
1.2 Motores de corrente alternada5
Família de motores elétricos5
1.2.1 Motores de indução6
1.2.1.1 Motores de indução monofásicos6
a) Motor monofásico de fase auxiliar ou fase dividida (ISR –Inductive Start and Run – Split-Phase)6
b) Motor monofásico com capacitor de partida (CST – Capacitor Start)6
c) Motor monofásico com capacitor permanente (PSC – Permanent Split Capacitor)7
d) Motor monofásico com capacitor de dois valores (CSR - Capacitor Start and Run)7
e) Motor monofásico com campo distorcido ou pólos sombreados (Shaded–Pole)7
1.2.1.2 Motores de indução trifásicos8
Principio de funcionamento8
1.3 Principais componentes9
a) Motor monofásico (IP21)9
b) Motor trifásico (IP56)10
1.4 Conceitos básicos da rede de alimentação1
1.4.1 Corrente elétrica1
Corrente contínua1
Corrente alternada1
Tensão e corrente máxima1
Valor eficaz (tensão e corrente)1
1.4.2 Frequência1
1.4.3 A rede de distribuição1
Ligação monofásica1
Ligação trifásica12
Ligação estrela12
Ligação triângulo12
1.4.4 Potência13
Potência aparente (S) – [VA - Volt ampère]13
Potência ativa (P) – [W - Watt]13
Potência reativa (Q) – [VAr - Volt ampère reativo]13
1.4.5 Defasagem ( )13
1.4.6 Fator de potência (cos )13
1.5. Relações básicas dos motores elétricos14
1.5.1 Velocidade síncrona (ns)14
1.5.2 Escorregamento (s)14
1.5.3 Conjugado (C )14
1.5.4 Relação entre conjugado e potência14
1.5.5 Perdas14
1.5.6 Rendimento ()14
2. Características da alimentação15
2.1 Tensão nominal15
2.1.1 Tensões normais de alimentação15
2.1.2 Tensão múltipla15
2.2 Freqüência nominal16
2.2.1 Efeitos nos motores bobinados em 50Hz ligados na rede de 60Hz16
2.3 Tolerância de variação de tensão e freqüência16
2.4 Efeitos aproximados da variação de tensão16
2.5 Efeitos de um sistema de tensões desequilibrado sobre as características de funcionamento de um motor16
2.6 Sistemas de partidas dos motores elétricos17
2.6.1 Partida direta17
2.6.2 Partida com chave estrela-triângulo17
2.6.3 Partida com chave compensadora18
2.6.4 Partida com chave série-paralela19
2.6.5 Partida com bobinamento dividido19
2.6.6 Partida com resistor primário19
2.6.7 Partida com reator primário19
2.6.8 Partida eletrônica (Soft-Starter)20

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3. Características ambientais21
3.1 Temperatura ambiente21
3.1.1 Cuidados necessários para funcionamento com temperatura acima de 40°C ou abaixo de 0°C21
3.2 Altitude21
3.2.1 Cuidados necessários para funcionamento em altitudes superiores a 1000m21
3.3 Potência útil do motor nas diversas condições de temperatura e altitude21
3.4 Áreas agressivas21
3.5 Áreas perigosas2
3.5.1 Classificação das áreas perigosas2
3.5.1.1 Classe da área2
3.5.1.2 Grupo de área e temperaturas de ignição2
3.5.1.3 Zona de área2
3.5.2 Classes de temperatura2
3.5.3 Seqüência para definição da classificação de áreas23
3.5.4 Equipamentos para atmosferas explosivas23
3.6 Graus de proteção23
3.6.1 Graus de proteção24
3.6.2 Graus de proteção usuais para motores elétricos24
3.7 Motores a prova de intempéries24
3.8 Ventilação24
3.8.1 Motor aberto (ODP)24
3.8.2 Motor totalmente fechado com ventilação externa24
3.8.3 Motor totalmente fechado sem ventilação externa24
4. Características de regime25
4.1 Aquecimento do motor25
4.1.1 Limite de potência devido ao aquecimento do motor25
4.1.2 Dissipação do calor25
a) A área total de dissipação da carcaça25
b) Diferença de temperatura entre a superfície externa da carcaça e a temperatura ambiente25
c) Eficiência do sistema de ventilação25
4.2 Classes de isolamento25
4.3 Medida da temperatura do enrolamento25
4.4 Sistema de proteção26
4.4.1 Principais dispositivos de proteção26
Fusíveis26
Disjuntores26
Relé térmico26
4.4.2 Proteção térmica para motores26
Termostatos26
Termoresistências (resistência calibrada)26
Protetores térmicos26
Termistores27
4.4.3 Grau de proteção oferecido por alguns dispositivos contra as principais ocorrências de sobreaquecimento27
4.5 Regime de serviço27
Regimes normalizados27
4.5.1 Regime tipo S1 – Regime contínuo27
4.5.2 Regime tipo S2 – Regime de tempo limitado28
4.5.3 Regime tipo S3 - Regime intermitente periódico28
4.5.4 Regime tipo S4 - Regime intermitente periódico com partidas29
4.5.5 Regime tipo S5 - Regime intermitente periódico com frenagem elétrica29
4.5.6 Regime tipo S6 - Regime de funcionamento contínuo periódico com carga intermitente30
4.5.7 Regime tipo S7 - Regime de funcionamento contínuo periódico com frenagem elétrica30
velocidade31
4.5.9 Regime tipo S9 - Regime com variações não periódicas de carga e de velocidade31
4.5.10 Regime tipo S10 - Regime com cargas e velocidades constantes distintas32
4.5.1 Regimes especiais3
4.6 Caracterização do tipo de regime3
4.7 Determinação da potência requerida pela carga3
a) Potência variável, sem períodos de repouso3
b) Potência variável, com períodos de repouso3
4.8 Fator de serviço (FS)3

4.5.8 Regime tipo S8 - Regime de funcionamento contínuo periódico com mudanças correspondentes de carga e de 4.9 Fator de potência (cos ).................................................................................................................................................. 34

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5. Características de regime35
5.1 Curva conjugado x velocidade35
5.1.1 Categorias35
5.2 Partida com carga de alta inércia37
5.3 Tempo de aceleração37
5.4 Número mínimo de partidas sucessivas38
5.5 Valores das inércias acionadas38
5.6 Corrente com rotor bloqueado em função da potência aparente39
5.6.1 Codificação NEMA e EB-120 para corrente com rotor bloqueado40
6. Características ambientais41
6.1 Elementos comuns dos motores elétricos41
6.2 Dimensões normalizadas41
6.2.1 Formas construtivas normalizadas41
6.2.2 Correspondência entre potência nominal, velocidade síncrona e carcaça42
6.3 Caixa de ligação43
6.4 Balanceamento43
Tipos de balanceamento43
6.5 Vibração43
6.5.1 Suspensão livre43
6.5.2 Chaveta4
6.5.3 Pontos de medição4
6.6 Níveis de ruído4
6.7 Placa de identificação45
6.8 Pintura45
6.9 Terminais de aterramento46
6.10 Transmissão da potência46
6.10.1 Transmissão por acoplamento direto46
a) Acoplamento rígido46
b) Acoplamento elástico46
a) Correia plana46
b) Correia trapezoidal ou em “V”46
c) Correia dentada46
6.1 Esforços sobre mancais47
6.12 Tipos de fixação49
a) Bases deslizantes (trilhos)49
b) Chumbadores49
c) Base rígida49
d) Flanges49
7. Recepção e manutenção51
7.1 Embalagens51
7.2 Recebimento51
7.3 Transporte e manuseio51
7.4 Armazenamento51
7.5 Manutenção52
7.5.1 Manutenção preventiva52
7.5.2 Limpeza52
7.6 Rolamentos e mancais53
7.7 Manutenção elétrica54
7.7.1 Isolação54
7.7.2 Conexões54
7.8 Dimensionamento do condutor para alimentação de motores elétricos5
7.8.1 Capacidade de condução de corrente5
7.8.2 Máxima queda de tensão admissível5
7.9 Manutenção corretiva56
7.10 Defeitos causas e providências56
7.9.1 Defeitos mais freqüentes em motores56
7.1 Roteiro de manutenção58

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1. Fundamentos gerais

O motor elétrico é a máquina mais simples para se obter energia mecânica através da transformação de energia elétrica. Sendo que o motor de indução é o mais usado entre todos os tipos de motores, pois concilia robustez, grande versatilidade de aplicação, baixo custo, melhores rendimentos e não é poluente, aliados ao fato de se utilizar energia elétrica como fonte de alimentação (energia de fácil disponibilidade e baixo custo). Os tipos mais comuns de motores elétricos são:

1.1 Motores de corrente contínua São motores que precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contínua. Sua velocidade pode ser ajustada de acordo com a tensão aplicada. Tem sua utilização principal nas aplicações que requeiram elevado conjugado de partida

(como tração elétrica) e controle de velocidade sobre grandes faixas, principalmente em potências elevadas. Devido a necessidade de uma fonte de corrente contínua, tem o seu custo elevado.

1.2 Motores de corrente alternada São motores que sua alimentação é feita através de uma fonte de corrente alternada. Podem ser classificados em assíncronos (indução) e síncronos. As máquinas síncronas possuem velocidade fixa e têm sua aplicação bastante limitada, devido ao alto custo. Já os motores de indução são utilizados na grande maioria das aplicações que necessitam de motores elétricos. Neste manual analisaremos somente os motores de indução com rotor de gaiola de esquilo.

Família de motores elétricos

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1.2.1 Motores de indução São as máquinas elétricas de maior aplicação. Devido a sua robustez e pouca manutenção exigida, os motores de indução são ideais para a indústria. Em função disso a Kcel tem concentrado seus esforços neste tipo de motor em particular, obtendo um motor de excelente qualidade e baixo custo. São caracterizados por somente o estator estar ligado à rede, e pelas correntes que circulam no rotor serem induzidas pelo estator.

1.2.1.1 Motores de indução monofásicos a) Motor monofásico de fase auxiliar ou fase dividida

(ISR –Inductive Start and Run –Split-Phase) Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado diretamente à rede de alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º elétricos do enrolamento principal. É um motor utilizado sem nenhuma outra impedância, senão aquela oferecida pelo próprio enrolamento do motor. O enrolamento auxiliar está inserido no circuito de alimentação somente durante o período de partida do motor e cria um deslocamento de fase que produz o conjugado necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação prédefinida, o enrolamento auxiliar desconecta-se da rede através de uma chave que normalmente é acionada pela força centrífuga. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuação somente na partida, seu não desligamento provocará a sua queima. O ângulo de defasagem entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm conjugado de partida igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação as potências fracionárias e as cargas que exigem reduzido conjugado de partida, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.

Legenda DFaixa onde a fase auxiliar desconecta-se

B.P. Bobina Principal B.A.Bobina Auxiliar C.C.Conjunto Platinado e Centrífugo

Figura 1.1 –Esquema e curva de conjugado x velocidade do motor fase dividida (Split-Phase).

b) Motor monofásico com capacitor de partida (CST –

Capacitor Start) Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado diretamente à rede de alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º elétricos do enrolamento principal e conectado em série com um capacitor. Tanto o enrolamento auxiliar quanto o capacitor estarão inseridos no circuito de alimentação somente durante o período de partida do motor. O capacitor permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados conjugados de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar desconecta-se quando o motor atinge rotação pré-definida. Neste intervalo de velocidade, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva de conjugado com os enrolamentos combinados cruza a curva de conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve maior conjugado com o circuito auxiliar desligado. Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto, e ainda, a chave centrífuga não abrir exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a desconexão do circuito auxiliar, o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado conjugado de partida (entre 200% e 350% do conjugado nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicações (bombas, compressores, lavadoras de roupa, geladeiras industriais).

Legenda DFaixa onde a fase auxiliar desconecta-se

B.P. Bobina Principal B.A.Bobina Auxiliar C.C.Conjunto Platinado e Centrífugo C.P.Capacitor de Partida

Figura 1.2 –Esquema e curva de conjugado x velocidade do motor de capacitor de partida.

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Kcel Motores e Fios Ltda. 7 c) Motor monofásico com capacitor permanente (PSC –

Permanent Split Capacitor) Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado diretamente à rede de alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º elétricos do enrolamento principal e conectado em série com um capacitor. Durante todo período de funcionamento do motor o circuito auxiliar com o capacitor permanece conectado ao circuito de alimentação. O efeito deste capacitor é o de criar condições de fluxo muito semelhante às encontradas nos motores polifásicos, aumentando com isso, o conjugado máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído. Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contatos e partes móveis como os motores anteriores. Porém, seu conjugado de partida, normalmente é inferior ao do motor de fase divida (50% a 100% do conjugado nominal) , o que limita sua aplicação a equipamentos que não requeiram elevado conjugado de partida. São fabricados normalmente para potências de 1/50 à 3,0 cv.

Legenda B.P. Bobina Principal

B.A.Bobina Auxiliar C.Pe. Capacitor Permanente

Figura 1.3 –Esquema e curva de conjugado x velocidade do motor de capacitor permanente. .

d) Motor monofásico com capacitor de dois valores

(CSR - Capacitor Start and Run) Motor de indução monofásico com um enrolamento principal conectado diretamente à rede de alimentação e um enrolamento auxiliar defasado, geralmente, em 90º elétricos do enrolamento principal e conectado em série com dois ou mais capacitores, obtendo-se assim dois valores de capacitâncias, uma utilizada na condição de partida e outra na condição de regime.

É um motor que utiliza as vantagens dos motores monofásicos: capacitor de partida (CST) e capacitores permanente (PSC), caracteriza-se por obter um ótimo desempenho na partida e em regime. Porém, devido ao seu custo elevado, geralmente, são fabricados somente em potências superiores a 1 cv.

Legenda DFaixa onde a fase auxiliar desconecta-se

B.P. Bobina Principal B.A.Bobina Auxiliar

C.C.Conjunto Platinado e Centrífugo

C.P.Capacitor de Partida C.Pe. Capacitor Permanente

Figura 1.4 –Esquema e curva de conjugado x velocidade do motor com capacitor de dois valores.

e) Motor monofásico com campo distorcido ou pólos sombreados (Shaded–Pole) Motor de indução monofásico com um enrolamento auxiliar curto-circuitado. O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de indução monofásicos, por seu método de partida, que é o mais simples, confiável e econômico. Uma das formas construtivas mais comuns é a de pólos salientes, sendo que cerca de 25 a 35% de cada pólo é enlaçado por uma espira de cobre em curto circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não enlaçada pela mesma. O resultado disto é semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não enlaçada para a parte enlaçada do pólo, produzindo conjugado que fará o motor partir e atingir a rotação nominal. O sentido de rotação depende do lado que se situa a parte enlaçada do pólo, conseqüentemente o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Os motores de campo distorcido apresentam baixo conjugado de partida (15 a 50% do nominal), baixo rendimento (35%) e baixo fator de potência (0,45). Normalmente são fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv até o limite de 1/4cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são

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Kcel Motores e Fios Ltda. 8 ideais em aplicações tais como: ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores, projetores de slides, toca discos e aplicações domésticas.

Legenda B.P. Bobina Principal

A.C.C.Anel de Curto Circuito

Figura 1.5 –Esquema e curva de conjugado x velocidade do motor de campo distorcido.

1.2.1.2 Motores de indução trifásicos

Principio de funcionamento O funcionamento de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio do acoplamento eletromagnético entre o estator e o rotor, pois há uma interação eletromagnética entre o campo girante do estator e as correntes induzidas nas barras do rotor, quando estas são cortadas pelo campo girante. O campo girante é criado devido aos enrolamentos de cada fase estarem espaçados entre si de 120º. Sendo que ao alimentar os enrolamentos com um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 originarão seus respectivos campos magnéticos H1, H2 e H3, também, espaçados entre si 120°. Além disso, como os campos são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no tempo, também de 120° entre si. A soma vetorial dos três campos H1, H2 e H3, será igual ao campo total H resultante.

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