Aula 7 Acionamento de Motores de Indução

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Unidade 4 
Acionamento de Motores de Indução 
Rendimento 
• A potência nominal do motor (Po) que vem indicada na sua placa de 
identificação se refere à potência mecânica útil disponível no eixo. 
 
 
 
 
 
 
 
in
o
P
P

Conjugado 
• Esforço necessário que deve ter o motor para girar o seu eixo. 
 
 
 
 
 
 
 
Conjugado 
• Conjugado nominal ou de plena carga: 
 
– Conjugado que o motor desenvolve na sua condição nominal de operação, isto 
é, com tensão e frequência nominais aplicadas aos terminais do motor; 
 
– O motor gira à velocidade nominal, fornecendo a potência nominal no seu 
eixo. 
 
 
 
 
 
Conjugado 
• Conjugado de partida ou conjugado com rotor bloqueado: 
 
– Conjugado que o motor desenvolve no momento em que ele é ligado a uma 
rede de tensão e frequência nominais, com o rotor parado. 
 
– O conjugado de partida pode assumir valores da ordem de 2 a 3 vezes o 
conjugado nominal para motores de pequena e média potência, diminuindo 
para valores inferiores a 2 para os motores de maior potência e maior número 
de pólos. 
 
 
 
 
 
Conjugado 
• • Conjugado mínimo: 
 
– Menor valor que o conjugado assume durante o período de aceleração, 
representado pelo ponto mais baixo da característica, entre a velocidade zero 
e a velocidade correspondente ao conjugado máximo, sob tensão e freqüência 
nominais. 
 
– É um valor importante de se conhecer, principalmente quando são usadas 
chaves redutoras de tensão para dar a partida no motor (estrela-triângulo, 
autotransformadora, chaves estáticas, etc). 
 
 
 
 
Conjugado 
• Conjugado máximo ou conjugado crítico: 
 
– É o máximo valor de conjugado que o motor pode desenvolver durante a sua 
operação. 
 
– Ele divide a curva característica em duas regiões distintas: a primeira, 
chamada região estável, compreendida entre o conjugado máximo e o conju-
gado nulo (s = 0); a segunda, chamada região instável, compreendida entre o 
conjugado máximo e o conjugado de partida. 
 
 
 
 
 
 
Conjugado 
• O motor trabalha em suas condições normais na região estável, no 
ponto de encontro das curvas características do motor e da 
máquina acionada. 
 
• Enquanto o motor trabalhar nesta região, seu funcionamento será 
estável, isto é, a toda variação do conjugado da máquina acionada 
corresponderá uma variação do conjugado motor no mesmo 
sentido. 
 
 
 
 
 
Correntes X Velocidade 
• Amplitudes das correntes de estator, rotor e magnetização 
calculadas em função da velocidade do rotor para um motor de 4 
pólos, 60 Hz. 
Conjugado X Velocidade 
 
Conjugado X Velocidade 
• Curvas de Conjugado X Velocidade para diferentes tensões de 
estator: 
Conjugado X Velocidade 
• Curvas de Conjugado X Velocidade para diferentes tensões de 
estator: 
– O conjugado é proporcional ao quadrado da corrente rotórica. 
 
– Como para escorregamentos determinados a corrente de rotor é proporcional 
à tensão aplicada segue que o conjugado é proporcional ao quadrado da 
tensão. 
 
– Reduz os elevados picos de corrente de partida dos motores. 
 
Conjugado X Velocidade 
• Redução de correntes e de conjugado quando a tensão de estator é 
reduzida: 
Rendimento e Fator de Potência 
• Curvas de rendimento e fator de potência: 
Rendimento e Fator de Potência 
• Zoom da região de operação estável mostrando o rendimento e o 
fator de potência juntamente com o conjugado: 
Ligações no Sistema Trifásico 
• As tensões trifásicas mais usadas nas redes industriais são: 
– Baixa tensão: 220V, 380V e 440V; 
– Média tensão: 2.300 V, 4.160 V e 6.600 V; 
• O sistema trifásico estrela de baixa tensão, consiste de três 
condutores de fase (L1, L2, L3) e o condutor neutro (N), sendo este, 
conectado ao ponto estrela do gerador ou secundário dos 
transformadores. 
Ligações Estrela e Triângulo 
• O enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do motor. 
• Se ligarmos as três fases em triângulo, cada fase receberá a tensão da linha, por 
exemplo, 220V. 
• Se ligarmos as três fases em estrela, o motor pode ser ligado a uma linha de 
tensão igual a 220 x √3 = 380 V sem alterar a tensão no enrolamento que continua 
igual a 220 V por fase, pois: 
3VV f 
Ligações Estrela e Triângulo 
• Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve para 
quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual 
à primeira multiplicada por raiz de 3 . Exemplos: 220/380V - 
380/660V - 440/760V. 
 
• Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a tensão maior declarada 
serve para partida estrela-triângulo ou para indicar que o motor 
pode ser acionado através diretamente da rede ou com softstarter. 
 
Ligação em Tripla Tensão Nominal 
• Enrolamento de cada fase é dividido em duas partes; 
• Doze terminais acessíveis, permitindo ligar o motor em diversas 
configurações 
 
– Triângulo paralelo; 
– Estrela paralelo; 
– Triângulo Série; 
– Estrela Série. 
 
 
Ligação em Triângulo Paralelo 
• Tensão de linha em 220 V. 
 
 
 
Ligação em Estrela Paralelo 
• Tensão de linha em 380 V. 
 
 
 
Ligação em Triângulo Série 
• Tensão de linha em 440 V. 
 
 
 
Ligação em Estrela Série 
• Tensão de linha em 760 V. 
• Fora do limite permitido por norma (600 V); 
• Demonstra apenas que é possível realizar este tipo de conexão. 
 
 
 
Partida de Motores de Indução 
• A corrente absorvida da rede pelo motor de indução trifásico durante a partida é 
bastante elevada, podendo atingir valores da ordem de 8 vezes a corrente de 
funcionamento em regime permanente de operação; 
 
• Corrente absorvida pelo motor percorre toda a rede de alimentação que deverá 
ser dimensionada para suportá-la; 
 
• Podem provocar necessidade de ajuste da proteção, pois o sistema de proteção 
deverá, de algum modo, "reconhecer" que a corrente de partida não é uma 
sobrecarga que deve provocar o desligamento do motor; 
 
• Métodos de partida são aplicados em razão de atenuar a intensidade da corrente 
de partida, e permitir adequado acionamento do motor-máquina. 
Partida de Motores de Indução 
Métodos de Partida 
• Partida Direta/ Reversora; 
– Acionamento de pequenos motores; 
 
• Partida Estrela Triângulo; 
– Acionamento de grandes motores sem carga; 
 
• Partida Compensadora; 
– Acionamento de grandes motores com carga; 
 
• Partida com Soft-Starter; 
– Acionamento de grandes motores com carga; 
 
• Partida com Inversor de Freqüência. 
– Acionamento de pequenos e grandes motores; 
Partida Direta/ Reversora 
• Dizemos que a partida é direta quando alimentamos o motor com 
sua tensão nominal. 
 
• Ao fazer isto, solicitamos a fonte com uma corrente de 6 a 8 vezes a 
corrente nominal do motor. 
 
• Isto pode causar queda de tensão na alimentação que seja para a 
rede ou para outros consumidores da mesma instalação. 
 
• As normas brasileiras de instalações elétricas em baixa tensão NBR-
5410 estabelece como limite para partida direta a potência de 5 cv 
em quando a alimentação é fornecida por concessionária de 
energia que não defina limites. 
Partida Direta/ Reversora 
• Este tipo de partida se aplica: 
 
– a máquinas com qualquer tipo de carga; 
 
– máquinas que permitem normalmente suportar o conjugado (torque) de 
aceleração; 
 
– fonte de disponibilidade de potência para alimentação e que exijam 
confiabilidade de serviço pela composição e comando simples. 
Partida Direta/ Reversora 
Partida Direta/ Reversora 
Partida Estrela Triângulo 
• Condiçõespara ser utilizada: 
– O motor deve ter no mínimo 6 terminais acessíveis; 
– A tensão nominal da rede deve coincidir com a tensão nominal da ligação Δ; 
– O torque inicial solicitado pela carga deve ser pequeno. Preferencialmente, o 
motor deve partir a vazio. 
 
• Conseqüências: 
– O torque de partida Y (TpY) fica reduzido a 1/3 do torque de partida direta 
(Tpd); 
– A corrente de partida, na linha, Y (IpY) fica reduzida a 1/3 da corrente de 
partida direta (Ipd); 
Partida Estrela Triângulo 
• O procedimento para o acionamento do motor é feito ligando-o 
inicialmente na configuração estrela até que este alcance uma 
velocidade próxima da velocidade de regime, aproximadamente 
90%, quando então esta conexão é desfeita e executada a ligação 
em triângulo. 
• As características básicas desse acionamento são: 
– Aplica-se a acionamentos de máquinas que partem em vazio ou com 
conjugado baixo, 
– Baixa disponibilidade de potência para alimentação, 
– Execução da partida é parametrizada em tempo, 
– Aplicável em motores a serem acionados em grande distância, otimizando os 
condutores, 
– a corrente de partida Ip=1.8 a 2.6 x In. 
Partida Estrela Triângulo 
 
Partida Estrela Triângulo 
 
Partida Estrela Triângulo 
Partida Estrela Triângulo 
• Vantagens: 
– Custo reduzido; 
– Elevado número de manobras; 
– Corrente de partida reduzida a 1/3 da nominal; 
– Baixas quedas de tensão durante a partida; 
– Dimensões relativamente reduzidas 
 
• Desvantagens: 
– Aplicação especifica a motores com dupla tensão nominal e que disponham 
de pelo menos seis terminais acessiveis; 
– Conjugado de partida reduzido a 1/3 do conjugado nominal; 
– O motor deve alcançar pelo menos 90% de sua velocidade de regime para 
que, durante a comutação, a corrente de pico não atinja valores elevados, 
próximos, portanto, da corrente de partida com acionamento direto. 
 
Partida Compensadora 
• A chave compensadora é composta basicamente de um 
autotransformador com várias derivações, as mais comuns são 50, 
65 e 80% da tensão nominal. 
 
• Este autotransformador é ligado ao circuito do estator. O ponto 
estrela do autotransformador fica acessível e, durante a partida, é 
curto circuitado e esta ligação se desfaz logo que o motor é 
conectado diretamente à rede. 
 
• Normalmente, este tipo de partida é empregado em motores de 
potência elevada, acionando cargas com alto índice de atrito, tais 
como britadores e semelhantes. 
Partida Compensadora 
Partida Compensadora 
Partida Compensadora 
Partida Compensadora 
• Vantagens: 
– Na derivação 65%, a corrente de partida na linha se aproxima do valor da 
corrente de acionamento utilizando chave estrela-triângulo; 
– A comutação da derivação de tensão reduzida para a tensão de suprimento 
não acarreta elevação da corrente, já que o autotransformador se comporta, 
neste instante, como uma reatância que impede o crescimento dessa corrente; 
– Pode-se variar gradativamente as derivações para aplicar as tensões 
adequadas à capacidade do sistema de suprimento. 
• Desvantagens: 
– Custo superior ao da chave estrela triângulo; 
– Dimensões normalmente superiores às das chaves Y-Δ, acarretando o aumento 
no volume dos Centros de Controle de Motores (CCM). 
– Limitação de sua freqüência de manobras. Na chave compensadora automática 
é sempre necessário saber a sua freqüência de manobra para determinar o 
auto-transformador conveniente. 
Partida com Soft-Starter 
• Para as cargas que exijam acionamentos suaves, acopladas a 
motores de grande porte; 
• O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado 
eletronicamente para aplicar uma tensão variável aos terminais do 
motor durante a aceleração. 
• No final do período de partida a tensão atinge seu valor pleno, após 
uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser 
submetido a incrementos ou saltos repentinos. 
• Com isso, consegue-se manter a corrente de partida (na linha) 
próxima da nominal e com suave variação. 
• Não possuir partes móveis ou que gerem arco, como nas chaves 
mecânicas. 
Partida com Soft-Starter 
Partida com Soft-Starter 
Partida com Soft-Starter 
 
Partida com Soft-Starter 
• Vantagens 
 
– Corrente de partida próxima da corrente nominal 
– Nº de manobras ilimitado 
– Longa vida útil devido à inexistência de partes eletromecânicas móveis 
– Torque de partida próximo do torque nominal 
– Pode ser empregada também para desacelerar 
 
• Desvantagem: 
 
– Alto custo de implementação 
Inversor de Freqüência 
• Acionamentos de velocidade variável para motores de indução; 
 
• Regulam a velocidade do motor, controlando a tensão e a freqüência da rede, o 
que tem alargado vastamente a abrangência das aplicações e capacidades dos 
motores CA. 
 
• O uso de controles de freqüência ajustável, entretanto, impacta no projeto, 
desempenho e confiabilidade dos motores CA. 
 
• Velocidades baixas significam ciclos menores (fadiga minimizada) dos rolamentos, 
ventoinhas e outros elementos girantes. 
 
• A "Partida Suave" de um motor elimina os altos esforços da partida nos 
enrolamentos do estator e barras do rotor que são usuais quando a partida ocorre 
diretamente na rede. 
Inversor de Freqüência 
• As operações em baixa velocidade não partilham os mesmos 
problemas de integridade mecânica das operações em alta 
velocidade, mas certamente partilham os problemas de mancais, 
lubrificação e de refrigeração. 
 
• A mínima velocidade de operação deve ser especificada na 
Especificação ou Folha de Dados, tendo em vista que o sistema de 
refrigeração do motor está ligado intimamente à sua rotação. 
 
• As instalações típicas de acionamento são configuradas para limitar 
a corrente do motor a 100% da nominal, eliminando assim os 
esforços de partida no isolamento do motor e na rede de 
alimentação. 
Inversor de Freqüência 
• O torque desenvolvido pelo motor de indução segue a equação: 
 
 
• E o seu fluxo magnetizante, desprezando-se a queda de tensão ocasionada pela 
resistência e pela reatância dos enrolamentos estatóricos, vale: 
 
 
• Onde: 
Inversor de Freqüência 
• A maioria das aplicações são projetadas para manter a relação V/Hz constante, 
mantendo o fluxo eletromagnético no entreferro do motor uniforme, desta 
maneira, nas baixas freqüências a tensão será baixa; 
 
 
 
 
 
 
 
 
• A variação da relação V1/f1 é feita linearmente até a freqüência base (nominal) do 
motor. Acima dessa, a tensão é máxima (igual à nominal) e permanece constante, 
havendo então apenas a variação da freqüência aplicada ao enrolamento 
estatórico do motor, 
Inversor de Freqüência 
• Acima da freqüência base caracteriza-se a chamada região de enfraquecimento de 
campo, pois ali o fluxo decresce com o aumento da freqüência, provocando 
também a diminuição de torque. 
Inversor de Freqüência 
• Vantagens: 
 
– Controle à distância; 
 
– Redução de custos de manutenção devido aos efeitos dos picos de correntes; 
 
– Aumento da produtividade; 
 
– Eficiência energética graças aos elevados níveis de rendimento; 
 
– Versatilidade, visto que são aplicados a qualquer tipo de carga. 
 
– Maior qualidade no controle da velocidade. 
Inversor de Freqüência 
• Quanto menor a tensão e a freqüência do estator, mais significativa é a queda de 
tensão neste; 
 
• Desta forma, para baixas freqüências, mantendo-se a proporcionalidade entre a 
freqüência e a tensão, o fluxo e conseqüentemente o conjugado da máquina 
diminui bastante. 
 
• Para que isto seja evitado, a tensão do estator para baixas freqüências deve ser 
aumentada, através da compensaçãoIxR. 
 
• Para a faixa compreendida entre 0 a aproximadamente 6 Hz, a relação entre V1 e 
f1 não é determinada facilmente, pois dependem tanto de f1 (freqüência 
estatórica) como de f2 (freqüência rotórica). 
 
• Portanto, a elevação da tensão em baixas freqüências depende também da 
freqüência do escorregamento e conseqüentemente da carga 
Inversor de Freqüência 
Inversor de Freqüência 
• Relações V1/f1 acima dos valores nominais estão limitadas em 
função de que para altos valores de tensão ocorre a saturação e o 
conseqüente enfraquecimento do campo. 
• Considerando pequenos valores de escorregamento e supondo f2 
proporcional a f1: 
– O conjugado máximo decresce com o quadrado do aumento da velocidade 
( ); 
– O conjugado nominal decresce hiperbolicamente com o aumento da 
velocidade ( ), e decresce aproximadamente com o quadrado da redução 
do fluxo ( ); 
– O valor aproximado da velocidade máxima com potência constante é: 
21 n/
n/1
2
nom
nom
mx
mx n
C
C
n 






Inversor de Freqüência 
• Enfraquecimento de campo para valores de tensão e freqüência 
acima dos nominais: 
Categorias de Conjugados 
• Conforme as suas características de conjugado em relação à 
velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásicos 
com rotor de gaiola, são classificados em categorias, cada uma 
adequada a um tipo de carga. 
 
• Estas categorias são definidas em norma (NBR 7094), e são as 
seguintes: 
 
– Categoria N 
 
– Categoria H 
 
– Categoria D 
Categorias de Conjugados 
• Categoria N 
– Conjugado de partida normal, corrente de partida normal; baixo 
escorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado 
e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, máquinas 
operatrizes, ventiladores. 
• Categoria H 
– Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; baixo escorregamento. 
Usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como peneiras, 
transportadores carregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc. 
• Categoria D 
– Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; alto escorregamento 
(+ de 5%). Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a 
carga apresenta picos periódicos. Usados também em elevadores e cargas que 
necessitam de conjugados de partida muito altos e corrente de partida 
limitada. 
Conjugados X Velocidade 
Conjugado/Velocidade das Cargas 
Mecânicas 
• No universo das cargas mecânicas a serem acionadas, podemos 
destacar tipos básicos que obedecem a seguinte equação geral: 
 
 
 
– é o torque resistente para igual a zero; 
 
– é o torque resistente nominal; 
 
– é a velocidade nominal. 
 
a
n
rnr TTTT 







 00
0T
rnT
n

Cargas de conjugado resistente 
constante (a=0) 
• São cargas que mantém inalterado seu conjugado para qualquer valor da 
velocidade do acionamento; 
 
 
• Esteiras transportadoras, transportadores (pontes rolantes, guinchos e pórticos), 
cadeira do laminador de chapas, compressores de válvula presa, máquinas de 
atrito seco. 
rnn TT 
Cargas de conjugado resistente 
linear com a velocidade (a=1) 
• São cargas que possuem seu conjugado variando linearmente em função da 
velocidade; 
 
 
• Sistemas de acoplamento hidráulico ou eletromagnético, geradores acionados e 
alimentando carga de alto fator de potência (resistiva), transmissão de torque por 
atrito viscoso. 
  








n
rnr TTTT 00
Cargas de Conjugado Resistente Crescente 
com o Quadrado da Velocidade (a = 2) 
• São cargas na qual o conjugado varia em relação à velocidade de acordo com uma 
parábola; 
 
 
• Bombas centrífugas, ventiladores. 
 
2
00 








n
rnr TTTT
Cargas de Conjugado Resistente Inversamente 
Proporcional com a Velocidade (a = -1) 
• São cargas na qual o conjugado varia em relação à velocidade de acordo com um 
hipérbole; 
 
 
• Brocas de máquinas ferramentas, bobinador, desbobinador, máquinas de sonda e 
perfuração de petróleo, máquinas de tração; 
 
1
00










n
rnr TTTT