Apresentao do PowerPoint

Motores e ServomecanismosProf. Watson A. de Oliveira

Motores EltricosMotores Eltricos so mquinas destinadas a transformar energia eltrica em energia mecnica. O motor de induo o mais utilizado de todos os tipos de motores eltricos.Os tipos mais comuns de motores eltricos so:Motores de Corrente ContnuaMotores de Corrente AlternadaPossuem duas partes importantes:Estator Enrolamento fixo na carcaa.Rotor Enrolamento que gira fixado ao eixo do motor.

Motores MonofsicosMotores de baixa potncia utilizados em bombas, compressores, furadeiras, serras, cortadores de grama, etc.So compostos por 2 enrolamentos:Enrolamento Principal (ou de trabalho)Enrolamento Auxiliar (ou de partida).

Motores TrifsicosPermite alterar sentido de rotao: horrio e anti-horrio.Pode ser ligado em duas tenses diferentes 220/380V.Possui 3 bobinas internas defasadas fisicamente e eletricamente em 120. Os terminais das bobinas so designados pelas letras U, V, W e X, Y, Z.Pode ser ligado em Tringulo (220V) ou estrela(380V).

Motores Trifsicos e Monofsicos

Monofsico TrifsicoMotores monofsicos necessitam do capacitor de partida e este fica, em geral, na parte superior da carcaa do motor. Motores trifsicos no tem capacitor de partida. Estes tem uma caixa de bornes para a conexo eltrica.

QuestionrioO que um motor eltrico?Qual o princpio de funcionamento de um motor?Quais so as duas principais partes de um motor?Quais so os enrolamentos de um motor monofsico e para que servem?Quais so as duas principais caractersticas de um motor trifsico?Quais so os modos de ligao de motores trifsicos?

Partida Direta de Motor Trifsicocom selo

Partida direta com reverso

Partida direta com reverso e intertravamento

Partidas de Motores Trifsicos

Os motores eltricos alimentados em CA, apresentam uma alta corrente de partida que causa instabilidade no sistema eltrico local alm de danificar internamente as bobinas devido a uma elevao de temperatura que ocorre consequentemente. Tal avaria pode ser evitada com o uso de vrios recursos como:Partida Compensadora.Partida Estrela/Tringulo.Partida com Soft-Start.

Partida CompensadoraApartida compensadoraouchave compensadorareduz a corrente de arranque, evitando sobrecarregar a linha de alimentao. Deixa, porm, o motor com conjugado suficiente para a partida.A tenso na chave compensadora reduzida atravs de um autotransformadortrifsico que possui geralmente taps de 50%, 65% e 80% da tenso nominal.Durante a partida alimenta-se com a tenso nominal o primrio do autotransformador trifsico conectado em estrela e do seu secundrio retirada alimentao para o circuito do estator do motor.A passagem para o regime permanente faz-se desligando o autotransformador do circuito e conectando diretamente arede de alimentaoo motor trifsico.

Partida Estrela/TringuloPara diminuir a corrente inicial, a partida estrela-tringulo utiliza o recurso de partir o motor chaveado para maior tenso (estrela) mas recebendo uma tenso menor. Depois do tempo especificado pelo temporizador, o motor chaveado para a menor tenso (tringulo).

Partida com Soft StartA chave de partida que leva o nome de soft-starter um equipamento eletrnico responsvel por estabelecer um controle eficaz na partida de motores alimentados pela rede eltrica em CA (corrente alternada). Sua aplicao adequada em termos funcionais ao emprego junto a motores do tipo gaiola de esquilo (ou motores de induo trifsicos) e substitui plenamente qualquer outro mtodo utilizado como regulao de arranque.

Unidades de PotnciaAs unidades de potncia de motores eltricos mais utilizadas so:HP (Horse-Power) equivale a 746 WattsCV (Cavalo-Vapor) equivale a 736 WattsFrmula para determinar a corrente de trabalho de um motor eltrico.

Onde: i = Corrente do motorV = Tenso de trabalho = Rendimento do motorcos () = Fator de Potncia

Exemplo de Clculo

7,77A

ExerccioCalcule a corrente de um motor de 3 CV em 220V com rendimento () de 87% e fator de potncia (cos ) de 0,89.

Para qu saber a Corrente do motor?Para dimensionamento dos dispositivos de proteo e manobra como:Disjuntores e FusveisContatoresRels de proteoFiao

FiaoA bitola de um fio condutor deve ser especificada de acordo com a corrente mxima.

Rel Trmico (ou de sobrecarga) o dispositivo eltrico destinado a proteger motor, das sobrecargas de corrente. O princpio de funcionamento do mesmo a corrente do motor circulando em uma resistncia envolvendo uma lmina bimetlica.Quando esta corrente do motor supera a corrente ajustada no rel, o bimetlico comutar os contatos NA e NF (por efeito da dilatao da lmina bimetlica) desligando o motor atravs do circuito de comando.

Rel Trmico (ou de sobrecarga)

Controle de PotnciaOs dois principais tipos de equipamentos para controle de potncia so:Controlador de PotnciaInversor de FrequnciaO controlador de potncia utilizado para o controle de resistncias eltricas. Seu controle baseia-se na reduo da tenso.Motores eltricos no devem ser controlador por reduo da tenso pois quando a tenso reduzida nos enrolamentos, o controle no preciso. O equipamento utilizado o Inversor de Frequncia que faz o controle, no pela tenso, mas pela frequncia, ou pelo tempo em que os enrolamentos recebem esta tenso.

Controle de Potncia

Controlador de Potncia

Inversor de Frequncia

Velocidade Sncrona em RPMA velocidade sncrona do motor definida pela velocidade de rotao do campo girante, a qual depende do nmero de polos do motor (P) e da frequncia (f) da rede, em Hertz. E dado pela frmula:

Exemplo: Qual a rotao sncrona em RPM de um motor de 4 plos em 60Hz?ns = (120 x 60) / 4 => 1800rpm

Placa de identificao de Motor

QuestionrioPorque motores trifsicos necessitam de controle de partida?Quais so os tipos mais comuns de partidas de motor?Qual a melhor opo de partida de motor?Quais so os tipos de controle de potncia mais utilizados?Qual a diferena entre controlador de potncia e Inversor de frequncia?Qual a velocidade sncrona de um motor de 6 plos em 50Hz?

Controle de velocidade de Motores CAO dispositivo que controla a velocidade de motores o inversor de frequncia. Para executar este controle, o inversor composto dos seguintes circuitos:Retificador de entrada.MicrocontroladorDrives de sada.O inversor retifica a tenso de entrada (CA/CC) e utiliza esta tenso CC como fonte e para os circuitos do microcontrolador e energia para os drives.

Sistemas Mecnicos

TrabalhoTrabalho se refere a uma fora aplicada por uma determinada distncia:W = F . dTrabalho (W) igual fora (F) aplicada em uma determinada distncia (d).A unidade de Torque o N.m. (Newton/metro).

ExemploQual a energia gasta (ou o trabalho) para levantar um balde de 20 N por 25 metros?W = F . dW = 20 . 25W = 500 N.m

Qual a energia gasta (ou trabalho) para iar um balde de 50 N por 20 metros?

TorqueTambm chamado de Momento, Torque ou Binrio. a medida do esforo necessrio para fazer girar um determinado eixo.

Torque (ou Momento) igual fora (F) aplicada em uma determinada distncia (d). A unidade de Torque o N.m. (Newton.metro).

ExemploQual o torque em um parafuso onde est sendo aplicada a fora de 20 newtons com uma chave de 40 cm?T = F . dT = 20 N . 0,4mT = 8 N.m

ConjugadoPara tratarmos do conjugado do motor, utilizaremos a equao de torque desta maneira:C = F . d (N.m)

Ateno!A unidade de medida de energia mecnica, Nm, a mesma que usamos para o trabalho (W) e o conjugado, (C) contudo, tratam-se de grandezas de naturezas diferentes, que no devem ser confundidas.W = F . dC = F . dambas utilizam a mesma unidade o N.m.

Energia e Potncia mecnicaA potncia mede a velocidade com que a energia aplicada ou consumida.A potncia exprime a rapidez com que esta energia aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiz-lo. Logo a potncia conta com outra varivel que o tempo, assim:

P = potncia em watts (W)F = Fora em Newtons (N)d = distncia em metros (m)t = tempo em segundos (s)

Exemplo: Se usarmos um motor eltrico capaz de erguer o balde de 20 N por 25 metros do exemplo anterior em 2,0 segundos, a potncia necessria ser:P = F . d / tP = 20 . 25 / 2,0P = 250 wattsComo 1 HP igual a 746 watts, um motor de HP servir bem.

Exerccio 1Calcule a potncia e a corrente de um motor trifsico na rede de 380V ( = 88 % e cos = 0,85) para erguer uma carga de 920N por 20 metros em 5 segundos.C = F . d => 920 . 20 => 18.400 N.mP = C / t => 18.400/ 5P = 3680 WCV = 3680/736CV = 5 CV

Exerccio 2Calcule a potncia (em CV) e a corrente de um motor trifsico na rede de 220V ( = 85 % e cos = 0,84) para erguer uma carga de 800N por 25 metros em 8 segundos.T = F . d => 800 . 25 => 20.000N.mP = C / t => 20.000/8P = 2500WCV = 2500/736CV = 3,4 CVI = 9,2A

Mquinas Eltricas Esteiras transportadoras

Esteiras TransportadorasUmaesteira transportadoraconsiste em duas ou maispoliasque movimentam uma superfcie em que determinados materiais ou objetos so transportados. Ela muito usada, principalmente na minerao.Esteiras transportadoras so muito usadas no transporte de sacarias e tambm na rea da construo podendo-se transportar os materiais (areia, brita, cimento) at o local da construo.

Velocidade linearPara determinar a velocidade com que uma esteira funciona, utilizamos a rotao do eixo do motor ou do redutor como segue:

Onde:v = velocidade linear (em cm/s)R = raio do rolete da esteirarpm = rotao do eixo do motor ou do redutor

ExemploO rolete de uma determinada esteira gira a 40 rpm. Calcule a velocidade linear da esteira considerando que o rolete da esteira tem um dimetro de 10cm.

v = (6,28 . 5 . 40)/60

Velocidade linear da esteira = 20,9 cm/s

CalculeO rolo de uma determinada esteira vira a 50 rpm. Calcule a velocidade linear da esteira considerando que o rolete da esteira tem um dimetro de 8cm.v = (6,28 . 4 . 50) / 60v = 20,94 cm/s

Redutores de velocidadeMuitas aplicaes exigem o controle da velocidade do motor em baixa rotao e em algumas situaes, a reduo de rotao utilizando um inversor de frequncia, no suficiente.Esteiras transportadoras trabalham com velocidades da ordem de 10 a 30 cm/s.Para um motor de 4 polos controlado por um inversor recebendo uma frequncia de 5 Hz vira a:n = (120. 5) / 4 => n = 150 rpm.Uma esteira com esta rotao e rolete de 10cm de dimetro tem uma velocidade de 78,5 cm/s

Redutores de velocidadePara contornar este problema utiliza-se redutores de velocidade mecnicos junto com o inversor de frequncia.

Redutores de velocidadeRedutores de velocidade so especificados com respeito relao de reduo da entrada pela sada.Um redutor de velocidade 10:1 significa que a sada ser a entrada divida por 10.Exemplo: O eixo de um motor vira a 1800rpm. Qual a sada se for utilizado um redutor 10:1? R: 180rpm.Quando a velocidade reduzida, o torque multiplicado na mesma proporo.Exemplo: Se este motor tiver 1CV sem a reduo, ele passa ter 10 CV na sada do redutor.Portanto, alm de reduzir a velocidade, o redutor aumenta o torque.

Exerccio Calcule a velocidade linear de uma esteira cujo motor de 5CV e 4 polos, est sendo controlado por um inversor a 25 Hz, e utilizando um redutor de velocidade 10:1. Considere o rolete da esteira com 8 cm de dimetro.

Calculando a rotao: ns = (120.f)/Pns = (120.25)/4 = 750 rpmClculo da velocidade: v = (6,28 x 4 x 750)/60V = 314 cm/sCom o redutor 10:1, vf = 31,4 cm/s

Fator de PotnciaA energia eltrica composta de duas partes:energia ativa(trabalho) eenergia reativa(magnetizante). A energia ativa realiza o trabalho til, a energia reativa no. Sua nica funo fornecercampos magnticosrequeridos pelas cargas indutivas.Em circuitos decorrente alternada(CA) puramenteresistivos, as ondas detensoe decorrente eltricaestoem fase, ou seja, mudando a sua polaridade no mesmo instante em cada ciclo. Quando cargas reativas esto presentes, tais comocapacitoresou condensadoreseindutores, o armazenamento deenergianessas cargas resulta em uma diferena de fase entre as ondas de tenso ecorrente. Uma vez que essa energia armazenada retorna para a fonte e no produz trabalho til, um circuito com baixo fator de potncia ter correntes eltricas maiores para realizar o mesmo trabalho do que um circuito com alto fator de potncia.

Potncia AtivaApotncia ativa(P) a capacidade do circuito de produzir trabalho em um determinado perodo de tempo. A potncia ativa medida em watts (W).

Potncia ReativaApotncia reativa(S) a medida da energia armazenada que devolvida para a fonte durante cada ciclo de corrente alternada. a energia que utilizada para produzir os campos eltrico e magntico necessrios para o funcionamento de certos tipos de cargas como, por exemplo, retificadores industriais emotores eltricos.A potncia reativa medida em volt-ampre (VA).Energia Reativano produz trabalho, mas importante para criar o fluxo magntico nas bobinas dos motores, transformadores, geradores entre outros equipamentos. A utilizao de energia reativa deve ser a menor possvel. O excesso de energia reativa exige, por exemplo: condutor de maior seco e transformador de maior capacidade, alm de provocar perdas por aquecimentos e queda de tenso.

Potncia AparenteDevido aos elementos reativos da carga, apotncia aparente o produto da tenso pela corrente do circuito, ser igual ou maior do que a potncia ativa dependendo da potncia reativa.

Tringulo das PotnciasO tringulo retngulo que representa a relao entre as potncias aparente (S), ativa (P) e reativa (Q) o tringulo das potncias

Tringulo das Potnciaspara se obter 1kW de potncia ativa quando o fator de potncia unitrio (igual a 1), ser necessrio 1 kVA de potncia aparente (1 kVA = 1kW 1).Se o de fator de potncia for menor, ser necessria a transferncia de uma maior quantidade de potncia aparente para se obter a mesma potncia ativa.Por exemplo, para se obter 1kW de potncia ativa com fator de potncia 0,8 ser necessrio transferir 1,25 kVA de potncia aparente (1kW = 1,2 kVA .0,8)

As Potncias e o copo de cervejaVA = Potencia total consumida pelo motor.W = Potncia paga pelo consumidor.Var = Potncia paga pela concessionria.

Fator de potnciaAs perdas de energia aumentam com o aumento da corrente eltrica transmitida. Quando a carga tem fator de potncia menor do que 1, mais corrente requerida para suprir a mesma quantidade de potncia til. As concessionrias de energia estabelecem que os consumidores, especialmente os que possuem cargas maiores, mantenham os fatores de potncia de suas instalaes eltricas dentro de um limite mnimo, hoje 0,92 estuda-se aumentar para 0,96 caso contrrio sero penalizados com cobranas adicionais. Engenheirosfrequentemente analisam o fator de potncia de uma carga como um dos indicadores que afetam a eficincia da transmissoegeraode energia eltrica.

Potncia em sistemas trifsicosEm sistemas trifsicos a potncia ativa (P) ser:P = V x I x 1,73 x F.P.

ExercciosCalcule qual ser a potncia fornecida pela rede para um motor trifsico de 380V @ 15 A com F.P. de 85%.Calcule qual a potncia aparente necessria para 1kW de potncia ativa com fator de potncia 0,8. ser necessrio transferir 1,25 kVA de potncia aparente (1kW = 1,25 kVA .0,8)

QuestionrioO que fator de potncia?Qual a diferena entre VA e W?Qual o tipo de carga que devolve uma parte da potncia para a fonte de energia?Como se chama a potncia que devolvida fonte de energia?Quais so as trs potncias de uma mquina eltrica indutiva? Desenhe o tringulo das potncias.Qual o componente utilizado para fazer correo do fator de potncia de motores?

Aterramento Eltrico

Aterramento EltricoOaterramentoeltrico possui quatro funes principais:1 - Descarregar as cargas acumuladas na mquina (em suas carcaas) para a terra.2 - Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteo, como disjuntores, chaves, fusveis, entre outros).3 - Proteo quando ocorre uma descarga atmosfrica; onde oaterramento eltrico transfere essa energia para um caminho alternativo para a terra.4 - Eliminar rudos (sinais esprios) e interferncias eletromagnticas (EMI).

Esquemas de aterramento TN-STN-S - Esquema em que os condutores de proteo eltrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentao do circuito, porm distribudos de forma independente por toda a instalao.

Esquemas de aterramento TN-C-STN-C-S - Esquema em que os condutores de proteo eltrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentao do circuito e distribudos em parte da instalao por um nico condutor (que combina as funes de neutro e terra) e em outra parte desta mesma instalao atravs de dois condutores distintos.

Esquemas de Aterramento TN-CTN-C - Esquema em que os condutores de proteo eltrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentao do circuito e distribudos por um nico condutor, combinando as funes de neutro e terra por toda a instalao.

Esquemas de aterramento - TT TT - Esquema em que o condutor neutro aterrado em um eletrodo distinto do eletrodo destinado ao condutor de proteo eltrica. Desta forma as massas do sistema eltrico esto aterradas em um eletrodo de aterramento eletricamente distinto do eletrodo de aterramento da alimentao.

Medio de AterramentoMtodo da queda de potencialEste mtodo recomendado para medies por meio de equipamentos especficos, por exemplo, o terrmetro. O mtodo consiste basicamente em fazer circular uma corrente por meio de um circuito compreendido pela malha de aterramento que queremos saber o valor da resistncia hmica de aterramento, um trecho da terra e um eletrodo auxiliar de corrente. Simultaneamente deve-se medir a tenso entre a malha e o terra de referncia (terra remoto) por meio de uma sonda ou eletrodo auxiliar de potencial.

Mtodo da Queda de Potencial

Terrmetro

Mtodo da Queda de Potencial