Eletrica Materiais e Equipamentos Em Sistemas de Baixa Tensao1

Eletrica Materiais e Equipamentos Em Sistemas de Baixa Tensao1

(Parte 2 de 5)

O gráfico abaixo mostra uma curva senoidal que é a representação da f.e.m. da corrente alternativa, e do campo magnético variável produzido por uma corrente que varia periodicamente seu sentido e sua intensidade.

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O motor trifásico de indução tem rotação de campo girante de acordo com a freqüência da rede e do número de pares de pólos: n= 120 xP

, onde: f = frequência de rede elétrica eP

f = número de pólos do motor

Escorregamento

A diferença entre a velocidade do campo girante e a do rotor dáse o nome de escorregamento. Geralmente o escorregamento é expresso percentualmente em relação à velocidade de sincronismo. Seu valor é baixo quando o motor funciona à vazio.

O escorregamento é calculado pela relação:s n n xs onde: s = escorregamento, em %; ns = velocidade síncrona; n = velocidade do rotor.

O rotor do motor à plena carga dá um escorregamento que varia de 3% para os motores potentes até 6% para os de pequena potência.

Estes motores levam vantagem sobre o motor síncrono, pelo fato de poder partir com carga.

Há dois tipos de motores de indução, conforme a forma do enrolamento do seu induzido:

• Motor de rotor gaiola de esquilo; • Motor de rotor bobinado.

Rotor com Gaiola de Esquilo

O enrolamento do induzido deste tipo de motor é formado por barras de alumínio ou cobre, colocadas dentro das ranhuras do rotor e tendo suas extremidades reunidas através de anéis de curto circuito; as barras, quando de cobre, são soldadas aos anéis. Este motor é também chamado rotor em curto circuito.

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A velocidade do motor é praticamente constante, pois o escorregamento varia pouco com a carga.

a partir de então elevando-se a carga, diminuirá o valor decos

O fator de potência aumenta com a utilização do motor até próximo à plena carga nominal, quando alcança o seu máximo; ϕ.

O rendimento cresce, com a carga, até determinado ponto, também vizinho à plena carga nominal quando as perdas fixas e variáveis se equivalem; além deste ponto o rendimento passa a baixar. As características acima podem ser observadas no gráfico seguinte, onde 3 curvas relacionam o rendimento, a velocidade e o fator de potência com a potência solicitada ao motor.

O conjugado que vem relacionado com o escorregamento, no gráfico seguinte é baixo no início do funcionamento, sendo próprio para arranques sem carga. Quando se necessita maior conjugado no início do funcionamento eleva-se a resistência do induzido usando-se rotores com dupla ou tripla gaiola, ou ainda com ranhuras profundas.

O motor de indução com o rotor em curto circuito é próprio para comando de eixo de transmissão, acionando bombas centrífugas, compressores de ar, ventiladores, tornos mecânicos etc.

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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 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 à anéis coletores sobre os quais apoiamse 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. A 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.

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Defeitos nas Ligações dos Motores de C.A.

Trataremos apenas dos defeitos externos mais freqüentes dos motores de CA.

O Motor Não Arranca

Interrupção de uma ou mais fases da rede

Com o auxílio de um multímetro, pode ser verificado se há fios interrompidos, conexão solta, contato frouxo, fusível queimado, ou falta de tensão em uma ou mais fases da rede. Com exceção da última, que depende da rede da distribuição externa, as outras causas podem ser facilmente reparadas.

Reostato de arranque interrompido

Com o auxílio de um multímetro, pode se verificar a continuidade do circuito dos resistores ou o mau funcionamento dos contatos. Este defeito é de fácil reparação.

Motor não permanece com sua velocidade nominal com carga

Tensão baixa

Com a diminuição da tensão, à velocidade decresce, pois a potência é proporcional a ela. Com um voltímetro devemos conferir o valor da tensão e ajustá-la ao devido valor, quando possível.

Ligação trocada Corrige-se o defeito trocando-se as ligações.

Aquecimento anormal

Interrupção de uma das fases

O motor funciona como se fosse monofásico, sua velocidade baixa e apresenta um ruído característico, consome uma corrente muito maior que a de regime e, no caso de estar com carga, acaba por queimar o enrolamento. Deve-se parar a máquina imediatamente, localizar o defeito com um multímetro e repará-lo, sempre que possível.

Ligação trocada

Corrige-se o defeito, mudando-se as ligações. Caso se mude as ligações e o motor continue apresentando o problema, é por que o defeito é interno.

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Defeitos Internos nos Motores de C.A. Assíncronos

O Motor Não Arranca

Interrupção numa das fases do estator trifásico

A interrupção numa das fases dos motores trifásicos transforma o enrolamento em monofásico e o motor não arranca. o consumo de corrente será excessivo e o enrolamento, como é óbvio, se aquecerá demasiadamente, podendo até queimar o motor. Com um multímetro, procura-se a fase interrompida e a seguir, usando-se o mesmo processo, verifica-se qual a ligação ou bobina defeituosa. Encontrando-se o defeito, o reparo é simples.

Interrupção do circuito de trabalho ou auxiliar dos estatores monofásicos

A interrupção na alimentação de uma das bobinas (ou nas próprias bobinas), no condensador ou no interruptor centrífugo faz com que o motor não arranque. Localize o defeito como anteriormente e repare.

Rotor roçando no estator

O entreferro de motores de pequena e média potência é muito reduzido e qualquer desgaste de mancais ou defeitos nos rolamentos desloca o rotor que entra em contato com o estator; tem-se então o rotor bloqueado em razão da atração magnética, o que faz com que o rotor permaneça parado. Constatado o defeito, proceder o reparo dos mancais ou rolamentos.

Interrupção em uma das fases do rotor bobinado

Havendo interrupção em uma das fases do rotor, o motor não dá partida. Com um multímetro observar os defeitos que podem ser devido à falta de contato das escovas com os anéis, ligações não executadas ou bobinas interrompidas. Constatado o defeito, proceder o reparo.

O Motor Não Mantém Carga

Fase interrompida no enrolamento do rotor bobinado

A interrupção de uma fase no rotor bobinado, durante o funcionamento sob carga provoca perda de velocidade do motor, gradualmente, até parar; essa anomalia é verificada também por um ruído característico. A localização deste defeito se efetua ligando-se três amperímetros em série com as fases respectivas do rotor. No funcionamento à vazio, as correntes assinaladas nos aparelhos são iguais; a medida que se carrega o motor, há diminuição da velocidade e um desequilíbrio nas fases do rotor que se observa nos amperímetros. Num dos aparelhos a corrente cai a zero e nos outros dois, ela se eleva, indicando a fase interrompida naquela em que a corrente se anula. Procurar o defeito e efetuar o reparo.

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Defeito de fundição ou de solda no rotor gaiola de esquilo

Pode acontecer que, na fundição, o alumínio não encha completamente as ranhuras, ficando as barras defeituosas, ou ainda, partirem-se devido ao esforço a que o rotor está submetido. Em se tratando de barras de cobre, ligadas ao anel de curto circuito, com solda fraca, podem elas, por aquecimento, dessoldarem-se. Essas irregularidades trazem consigo aumento de resistência do rotor, o motor se aquece e a velocidade será inferior à do regime. Inspecionando-se o rotor, constata-se o defeito e substitui-se o induzido ou refaz-se a solda conforme o caso.

É sempre preferível usar a solda forte ao invés da solda fraca, pois o ponto de fusão da solda forte é mais elevado que o da fraca.

Aquecimento Anormal

Interrupção numa fase do estator

Durante o funcionamento, ocorrendo a interrupção numa fase do estator, o motor passa a trabalhar como monofásico, absorvendo maiores correntes e aquecendo exageradamente.

Deve-se parar o motor, verificar a fase interrompida, com um multímetro e efetuar o conserto.

O interruptor centrífugo não desliga (motores monofásicos)

O circuito auxiliar dos motores monofásicos não sendo interrompido durante o funcionamento , provoca aquecimento do motor podendo queimar o enrolamento. Verificar o interruptor centrífugo e repará-lo.

Ligações erradas

Engano nas ligações das fases ou nos grupos de bobinas de uma fase, ou ainda desigualdade do número de espiras nas fases dão lugar a desequilíbrios de correntes. Comumente a corrente resulta ser superior a do regime e o aquecimento será anormal. Com três amperímetros inserido em série nas fases do motor verificam-se as diferenças das correntes.

Também pode ocorrer dissimetria devido a curto circuito entre espiras de uma fase.

Localizar o defeito, com instrumento adequado e conferir as ligações. Refazer as conexões conforme esquema ou trocar bobinas com espiras em curto.

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Curto circuito no rotor bobinado

Contato entre espiras ou entre bobinas do rotor, provocam maior consumo de corrente do estator, principalmente no arranque, e forte aquecimento. Localizar o defeito com instrumento adequado e efetuar o reparo.

Contato defeituoso entre barras e anéis de curto circuito

A f.e.m. induzida nas barras do rotor é muito pequena e a corrente, dada a baixa resistência da gaiola, é grande. Os contatos, quando imperfeitos, provocam aumento de resistência, havendo, pela Lei de Joule, aquecimento suficiente para dessoldar as barras de anéis (quando se trata de solda fraca). Com este defeito o motor perde velocidade. Com gaiola de alumínio fundido sob pressão ou com barras de cobre unidas aos anéis, com solda forte, estes inconvenientes não se manifestam.

Umidade ou óleo nos enrolamentos

Umidade ou óleo nos enrolamentos baixa a resistência do isolamento, provocando aquecimento anormal na máquina. Quando este fica depositado em lugar pouco arejado e com vapor de água os enrolamentos adquirem umidade. É de boa norma efetuar um teste de isolação antes de colocarmos a máquina em funcionamento. No caso do óleo lubrificante escorregar dos mancais, penetrando nos enrolamentos; é necessário efetuarmos um teste de isolação, pois tanto a umidade como o óleo lubrificante estragam o verniz dos enrolamentos. Para repararmos estes inconvenientes é necessário colocarmos a máquina em estufa, tendo o cuidado de retirar as partes que podem se danificar com a temperatura que vai aproximadamente a 100ºC.

Em alguns casos torna-se necessário aplicar nova camada de verniz nos enrolamentos.

Enrolamento do estator ou do rotor ligados à massa

Com um megôhmetro, verificar se há contato entre condutores e massa. localizar as bobinas defeituosas e isolá-las ou substituílas por outras novas, conforme a necessidade.

Mancais ou rolamentos gastos

Verificar a folga nos mancais e rolamentos e proceder a reparação do mancal ou substituição dos rolamentos.

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Defeitos de lubrificação (falta ou excesso)

Verificar os mancais e reparar caso haja excesso ou falta de lubrificação.

Funcionamento Ruidoso

Rotor desequilibrado

O defeito se manifesta com um ruído periódico, tanto mais acentuado quanto for o desequilíbrio do rotor e excessiva vibração da máquina.

parte mais pesada do rotor se desloque para baixoAdiciona-

Essa irregularidade pode ser proveniente de um enrolamento mal distribuído. Deve-se restabelecer de imediato, o equilíbrio estático, com máquina apropriada; o desequilíbrio faz com que a se ou retira-se um contrapeso, que pode ser de chumbo, na parte diametralmente oposta.

A fixação deste contrapeso deve ser firme para evitar que se solte sob a ação da rotação.

Desgaste dos mancais ou rolamentos

O desgaste dos mancais ou dos rolamentos provoca um ronco no motor que pode ser contínuo ou intermitente. Reparar os mancais ou substituir os rolamentos quando comprovada essa anomalia.

Indução excessiva

Sobre carga, tensão superior à normal, e freqüência inferior a de regime fazem com que a indução se eleve, provocando aquecimento do motor e funcionamento ruidoso.

A sobrecarga eleva a corrente acima do normal, aumentando por conseguinte o número de ampère-espiras, o que determina excesso de indução. A tensão superior à normal e a freqüência inferior à do regime produzem o mesmo efeito da sobrecarga.

A indução excessiva se elimina fazendo com que o motor trabalhe dentro de suas características que estão indicadas na placa fixada na carcaça.

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Alternadores

Noções Sobre Alternadores

Todas as máquinas que geram corrente alternada são chamadas de alternadores.

Durante cinqüenta ou sessenta anos tem-se fabricado diferentes tipos de alternadores, quanto às suas formas e tamanhos que foram se modificando dentro da linha evolutiva do progresso industrial.

Atualmente se fabricam alternadores de dois tipos: o de pólos indutores salientes que é acoplado a um motor de baixa velocidade e o turbo-alternador de pólos indutores não salientes que é acoplado a uma turbina que gira a alta velocidade.

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