Aula 6 Equipamentos de um Sistema Elétrico Motores Elétricos

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ELETROTÉCNICA 
Unidade 2: Equipamentos de um Sistema 
Elétrico 
AULA 3: Motores Elétricos 
Motores Elétricos 
Motores de Corrente Contínua 
• São motores de custo mais elevado; 
 
• Precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que 
converta a corrente alternada comum em contínua; 
 
• Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se 
prestam a controles de grande flexibilidade e precisão; 
 
• Seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o 
custo muito mais alto da instalação. 
 
 
MCC: Placas de Identificação 
Campo Girante 
• Um campo magnético girante está na base do princípio de funcionamento 
da máquina de corrente alternada. 
 
• Sua produção é baseada em dispor nas ranhuras do estator um conjunto de 
três bobinas independentes, defasadas de 120° no espaço, e faz-se 
circular por estas bobinas correntes trifásicas defasadas de 120°no tempo. 
 
• A fmm total produzirá um campo magnético girante com velocidade e 
intensidade constantes, com a velocidade dependendo das correntes 
aplicadas às bobinas. 
Campo Girante 
 
Motor Síncrono 
• Motores de velocidade constante e proporcional com a freqüência 
da rede; 
 
• Os pólos do rotor seguem o campo girante imposto ao estator pela 
rede de alimentação trifásica; 
 
• Basicamente, é composto de um enrolamento estatórico trifásico, 
que produz o campo girante e de um rotor bobinado (de pólos 
salientes ou de pólos lisos) que é excitado por uma tensão CC; 
 
• A tensão CC gera uma campo estacionário do rotor que interagindo 
com o campo girante, produz toque no eixo do motor com uma 
rotação igual ao próprio campo girante. 
 
Motor Síncrono 
• O maior conjugado que o motor pode oferecer está limitado pela 
máxima potência que pode ser cedida antes da perda de 
sincronismo (velocidade do rotor torna-se diferente da velocidade 
do campo girante); 
 
• Excitação de campo determina percentuais de potência ativa e 
reativa que o motor retira da rede; 
 
• Aplicação em acionamentos que requerem velocidades invariaveis; 
 
 
Motor Síncrono: Velocidade 
• A velocidade do seu rotor é sincronizada com o campo girante que 
é estabelecido no estator. 
 
 
 
 
• “n” a velocidade síncrona em rpm; 
• “f” a frequencia em Hz; 
• “P” o número de pólos; 
• “PP” o número de par de pólos. 
 
PP
f
P
f
n




60120
Rotação síncrona X número de 
pólos (frequência de 60 Hz) 
 
Motor Síncrono: Placa 
Motor de Indução Trifásico 
• O mais importante em aplicações industriais, devido as suas 
características de robustez, baixo custo, e baixa manutenção. 
Princípio de Funcionamento 
• Faraday: 
 
 "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito houver uma variação 
de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. Se o circuito é 
fechado será percorrido por uma corrente induzida". 
 
• Lenz: 
 
 "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações magnéticas tende 
sempre a opor-se à causa que lhe deu origem". 
Princípio de Funcionamento 
• Assim como no motor síncrono, o principio de funcionamento do 
motor assíncrono é baseado na formação do campo girante; 
• Este campo girante, criado pelo enrolamento trifásico do estator, 
induz tensões nas barras (ou bobinas) do rotor (linhas de fluxo 
cortam as barras/bobinas do rotor) as quais geram correntes, e 
conseqüentemente, um campo no rotor, de polaridade oposta à do 
campo girante. 
• Como campos opostos se atraem e como o campo do estator 
(campo girante) é rotativo, o rotor tende a acompanhar a rotação 
deste campo. 
• Desenvolve-se então, no rotor, um conjugado motor que faz com 
que ele gire, acionando a carga. 
 
Velocidade Síncrona 
• A velocidade síncrona do motor é definida pela velocidade de 
rotação do campo girante, a qual depende do número de pólos (2p) 
do motor e da freqüência (f) da rede, em ciclos por segundo 
(Hertz). 
• Os enrolamentos podem ser construídos com um ou mais pares de 
pólos, que se distribuem alternadamente (um "norte" e um "sul") 
ao longo da periferia do núcleo magnético. 
• O campo girante percorre um par de pólos (p) a cada ciclo. Assim, 
como o enrolamento tem pólos ou pares de pólos, a velocidade do 
campo será (em rpm): 
p
f
nS
120

Escorregamento 
• O rotor do motor de indução gira a uma velocidade menor do 
que a velocidade do campo magnético girante do estator. 
• A diferença entre as duas velocidades é chamada escorregamento. 
Devido ao escorregamento, um campo magnético girante é 
induzido no enrolamento do rotor e, da interação entre os dois 
campos magnéticos, resulta o conjugado eletromagnético do motor 
que o faz girar. 
 
 
• Velocidade Angular: 
 
 
 
Sn
n
 snn
n
nn
s S
S
S 

 1
60
2 n

Motor de Indução 
• Potência nominal: 
– Potência que o motor pode fornecer ao eixo, em regime contínuo, sem 
que os limites de temperatura dos enrolamentos sejam excedidos; 
– Geralmente dada em cavalos (1cv = 736W); 
 
• Tensão nominal: 
– Consiste na tensão (ou tensões) que um motor foi projetado para 
trabalhar; 
– Mais comuns: 220V, 380V e 440V 
 
• Frequência nominal: 
– Consiste na frequência do sinal elétrico para o qual um motor foi 
projetado para trabalhar; 
– O motor pode trabalhar em frequência distinta, mas diante de uma 
série de restrições. 
 
 
 
Motor de Indução 
• Corrente nominal: 
 
– Corrente solicitada a rede para o motor trabalhando com potência, 
tensão e frequência nominais. 
 
 
 
• - Potência nominal do motor, em cv; 
• - Tensão nominal trifásica, em volts; 
• - Rendimento do motor; 
• - Fator de potência sob carga nominal. 
 
 
 
 
nom
nom
nom
fpV
P
I



3
736
nomP
V

nomfp
Motor de Indução 
• Fator de serviço: 
 
– Número pelo qual pode ser multiplicada a potência nominal do motor, 
a fim de se obter a carga permissível que o mesmo pode acionar, em 
regime contínuo. 
– Diferente da sobrecarga (pequenos intervalos de tempo). 
 
• Perdas ôhmicas: 
 
– Perdas joule nas bobinas (no cobre do estator e do rotor) 
– Perdas magnéticas (no ferro do estator e do rotor) 
– Perdas por ventilação; 
– Perdas por atrito dos mancais. 
Motor de Indução 
Classe de Temperatura 
• As perdas elétricas e mecânicas em motores elétricos ocorrem com a 
subsequente transformação de tais perdas em energia térmica, 
ocasionando o aquecimento das diversas partes da máquina. 
 
• Para assegurar adequada operação da máquina, o aquecimento de cada 
uma de suas partes necessita ser mantido dentro de valores compatíveis. 
 
• A maior limitação é garantir adequado desempenho do sistema isolante 
dos enrolamentos, pois todos os materiais isolantes conhecidos começam 
a deteriorar a uma temperatura relativamente baixa. 
Classe de Temperatura 
• Dessa forma, a máxima potência disponível em dado motor é limitada 
pela máxima temperatura permissível para os materiais isolantes 
empregados. 
 
• Os materiais isolantes que são presentemente utilizados em máquinas 
elétricas podem ser classificados termicamente, segundo a IECPubl.85, nas 
seguintes classes: 
 
– A; 
– E; 
– B; 
– F; 
– H. 
Classe de Temperatura 
• Classe A – abrange materiais fibrosos, à base de celulose ou seda 
(tipicamente), impregnados com líquidos isolantes e outros materiais 
similares. A temperatura característica é de 105ºC. 
• Classe E – abrange algumas fibras orgânicas e sintéticas e outros 
materiais.Sua temperatura característica é de 120ºC. 
• Classe B – abrange materiais à base de poliéster e poli-imídicos 
aglutinados com materiais orgânicos ou impregnados com estes. A 
temperatura característica dessa classe é de 130ºC. 
• Classe F – abrange materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro, 
aglutinados com materiais sintéticos, usualmente silicones, poliésteres e 
epóxis. Temperatura característica de155ºC. 
• Classe H – abrange materiais à base de mica, asbestos ou fibra de vidro, 
aglutinados tipicamente com silicones de alta estabilidade térmica, 
apresentando temperatura característica de 180ºC. 
Classe de Temperatura 
• Sempre que se aborda a questão “temperatura do motor”, é necessário 
distinguir três parâmetros: 
 
– A temperatura ambiente, associada à temperatura do meio 
refrigerante; 
 
– A temperatura do enrolamento, ou seja, a temperatura média nas 
diferentes regiões do mesmo; 
 
– A temperatura do ponto mais quente. 
Classe de Temperatura 
• Na ausência de qualquer informação específica sobre a área onde serão 
instalados os motores, admite-se uma temperatura ambiente de 40º C. 
Temperatura Ambiente e Altitude 
• Os sistemas isolantes, como já vistos, são idealizados para uma 
temperatura ambiente máxima de 40ºC. Para temperaturas acima de 
40ºC, devem-se utilizar motores isolados com materiais de classe de 
temperatura superior a sobre-elevação. 
 
• À medida que os motores têm que operar a altitudes maiores, o 
decréscimo na densidade do ar leva a uma dissipação de calor inferior 
àquela verificada ao nível do mar; 
 
• Praticamente, na faixa de 0 a 1000m de altitude assume-se a dissipação 
constante, para uma dada temperatura ambiente. 
Temperatura Ambiente e Altitude 
Ventilação 
• ABNT NBR 5110 – Máquinas elétricas girantes – Classificação dos métodos 
de resfriamento (IEC 60034-6) 
• Motor aberto: ar ambiente circula livremente no interior da máquina. 
Ventilação 
• Motor totalmente fechado com ventilação externa: 
Ventilação 
• Motor totalmente fechado com trocador de calor ar-ar: 
Ventilação 
• Motor totalmente fechado com trocador de calor ar-água: 
Ventilação 
• Motor com ventilação forçada: 
Ventilação 
• Motor à prova de explosão: 
Grau de Proteção 
• As normas vigentes são ABNT NBR IEC 60529 - Graus de proteção para 
invólucros de equipamentos elétricos e ABNT NBR IEC 60034-5 - Graus de 
proteção proporcionados pelo projeto completo de máquinas elétricas 
girantes, que além de classificar os graus de proteção, fornece os métodos 
de ensaio correspondentes. 
 
• O grau de proteção mecânica é identificado pelas letras “IP” seguidas de 2 
algarismos característicos podendo ainda, ou não, ser complementado por 
letras adicionais; 
1º Algarismo 
• Indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos 
estranhos e contato acidental. 
2º Algarismo 
• Indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do 
motor. 
Letras Adicionais 
• Se a proteção real contra o acesso a partes perigosas for superior a 
indicada pelo primeiro numeral característico; 
• Se somente a proteção contra o acesso às partes perigosas for 
indicada, o primeiro numeral característico é, então, substituído por 
um X. 
 
 
Letras Suplementares 
• Podem ser indicadas informações suplementares por uma letra 
suplementar, após o segundo numeral característico ou letra 
adicional. 
 
Ciclo de Carga 
• Muitas vezes, em lugar de um funcionamento contínuo, o motor 
elétrico (e a máquina elétrica em geral, incluindo os 
transformadores), é solicitado a diferentes potências durante 
diferentes intervalos de tempo. 
• Numa operação em regime intermitente, a carga varia com o tempo 
havendo, porém, repetição periódica de um ciclo de carga, dentro 
do qual a potência assume valores conhecidos. 
• Em geral, um ciclo qualquer pode ser reduzido a uma sucessão de 
ciclos básicos compostos de duas etapas: a primeira, de 
aquecimento com temperatura final em regime permanente QN, 
duração tN e constante de tempo tN; a segunda, de resfriamento, 
com valores correspondentes QR, tR e tR. A duração total do ciclo 
básico é tN+tR. 
Regime Contínuo S1 
• Funcionamento a carga constante de duração suficiente para que se 
alcance o equilíbrio térmico. 
Regime Tempo Limitado S2 
• Funcionamento a carga 
constante, durante um certo 
tempo, inferior ao necessário 
para atingir o equilíbrio térmico, 
seguido de um período de 
repouso de duração suficiente 
para restabelecer a igualdade de 
temperatura com o meio 
refrigerante. 
Regime Intermitente Periódico S3 
• Seqüência de ciclos idênticos, cada qual 
incluindo um período de 
funcionamento a carga constante e um 
período de repouso. Neste regime o 
tempo entre uma partida e outra deve 
ser suficientemente grande para que o 
calor gerado na partida não afete o ciclo 
seguinte. 
Regime Intermitente Periódico com 
Partidas S4 
• Seqüência de ciclos de regime 
idênticos, cada qual consistindo de um 
período de partida, um período de 
funcionamento a carga constante e um 
período de repouso. Neste regime o 
calor gerado na partida é 
suficientemente grande para afetar o 
ciclo seguinte. 
Regime Intermitente Periódico com 
Frenagens Elétricas S5 
• Seqüência de ciclos de regime 
idênticos, cada qual consistindo de 
um período de partida, um período 
de funcionamento a carga constante, 
um período de frenagem elétrica e 
um período de repouso. 
Regime Intermitente Contínuo com 
Carga Intermitente S6 
• Seqüência de ciclos de regime 
idênticos, cada qual consistindo de 
um período de funcionamento a 
carga constante e de um período de 
funcionamento em vazio, não 
existindo o período de repouso. 
Regimes de Funcionamento 
• Outros regimes de funcionamento com uso mais restrito: 
 
– S7 
 
– S8 
 
– S9 
 
– S10 
Designação do Regime Tipo 
• No caso de regime contínuo, este pode ser indicado, em alternativa 
pela palavra "Contínuo". 
 
• A designação dos regimes S2 a S6 é seguida das seguintes 
indicações: 
 
 a) S2, do tempo de funcionamento em carga constante; 
 
 b) S3 a S6, do fator de duração do ciclo; 
 
 
Outros Parâmetros 
• Forma construtiva: Norma ABNT NBR 5031-1, Máquinas elétricas 
girantes – Classificação das formas construtivas e montagens – 
Classificação (IEC 60034-7) prescreve recomendações quanto à 
identificação e classificação das formas construtivas e montagem. 
 
– A forma de fixação do motor (a uma base, a trilhos, à própria máquina 
acionada); 
 
– A existência ou não de mancais e de tampas laterais (ambas ou somente uma) 
e a própria disposição desses mancais e tampas, se existentes; 
 
– A existência ou não, de uma segunda ponta de eixo, além da existência ou não 
do eixo como parte do motor e não da máquina acionada (em alguns 
acionamentos o rotor do motor não tem eixo incorporado, sendo montado em 
extensão ou prolongamento do eixo da máquina acionada). 
Outros Parâmetros 
• Posição da caixa de ligações; 
 
• Suspensão de interferência de faíscas; 
 
• Carcaça; 
 
• Balanceamento; 
 
• Atmosfera ambiente: 
– Ambientes agressivos: atmosfera com elementos que podem provocar 
corrosão. 
– Ambientes perigosos: atmosfera com gás inflamável. 
 
Motor de Indução: Placas 
Motor de Indução: Placas 
Motor de Indução: Placas