Siemens Motor Elét

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Jornadas Técnicas
Novas perspectivas
Drive TechnologyDrive Technology
Mundo em Movimento 2005
Motores elétricos Siemens
e a Economia de Energia
Mundo emMundo em
MovimentoMovimento
2005
• Instalando o motor elétrico com inversor de freqüência
• Princípio de funcionamento
• Partida e aceleração do motor com inversor
• Curvas torque/rotação e corrente/rotação
• O motor não parte... e agora ?
• Efeito do PWM no sistema de isolação do motor
• Motores antigos, recondicionados, não preparados para inversor
• Elevação de temperatura
• Operando o motor em baixa rotação
• Efeito na ventilação
• Efeito “motor-de-passo”
• Ventilação forçada
• Sensores de temperatura - benefícios
Tópicos
Mundo emMundo em
MovimentoMovimento
2005
• Operando acima da velocidade nominal do motor
• Redução de torque
• Limite de velocidade mecânico
• Economia de energia com motores elétricos
• Lei da eficiência energética - ABNT
• Comprei motor alto rendimento e não economizei energia.
• Os motores elétricos Siemens
• Conformidade com ABNT
• Feitos para durar
• Economia real de energia elétrica
• Mesma potência, mais torque
• Acionamento por inversor
• Conceito Modular
Tópicos
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2005
Ventilador
Caixa de Ligação Olhal para
Prensa-cabos
Rolamento 
de Esferas
Chaveta
Ponta 
de Eixo
Mancal
CarcaçaFixação pelo Pé
Tampa do 
Ventilador
Construção mecânica
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2005
Enrolamento estatórico (Cobre) Lâminas de aço isoladas
Melhor rendimento
Estator
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2005
Chapas de aço isoladas
Melhor rendimento
Ranhuras diagonais
Eliminam efeito „motor-de-passo“
Rotor
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2005
p
f
sn
60 2 ⋅⋅=
ns [rpm] Rotação Síncrona
f [Hz] Freqüência da corrente no estator
p [-] Número de pólos do motor
Freqüência = 50Hz 60Hz
2-pólos: nS = 3000 rpm Ë 3600 rpm
4-pólos: nS = 1500 rpm Ë 1800 rpm
6-pólos: nS = 1000 rpm Ë 1200 rpm
8-pólos: nS = 750 rpm Ë 900 rpm
Rotação síncrona
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2005
In
I
M
M ,
Mmax
Mn
Ponto de operação
Nn
1,5
0
1
IpË 5 a 9 x IN
MpË 2 a 2,5 x Mn
MmaxË 2,5 a 3,5 x Mn
MnË In
Mp
Ip
Ns
I (Mmax)
Linearidade
M ~ I
Curvas TorqueXRotação e CorrenteXRotação
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2
3
0
MmaxË2,5 a 3,5MN








=
f
V
kM
2
max
In
I
M
M ,
IpË5 a 9xIN
MpË2 a 2,5MN
MNMËINM
Mmax
MN
PONTO DE
OPERAÇÃO
NN NS 
1,5
0
1
konstM =max
Área de campo constante
Tensão e freq. variam
MNËKonst
Área de enfraquecimento de campo
Tensão fica constante
Somente freq. varia
Curvas características – Operação por inversor
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Motor ligado diretamente à rede, partia com carga.
Com conversor de freqüência, o motor não parte.
Troque o motor !Troque o motor !
Trabalho em sobrecarga dentro da faixa de linearidade de 
torque / corrente.
Nessa faixa, torque é proporcional à corrente do motor.
Para partir com carga, o motor deve estar necessitando mais 
torque do que o torque nominal.
Com conversor, acima de 50% de sobrecarga é preciso 
fornecer muito mais corrente para o aumentar o torque no 
motor. O que fazer ?
O motor não parte. E agora?
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2005
0
V Tempo
dt
dVCI s ×= P
inversor
motor
O PWM e a isolação do motor
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2005
Curto entre espiras
Rotor “pontilhado” A corrente parasita Is fecha 
pequenos curtos no 
entreferro do motor, 
criando marcas pontilhadas 
sobre o rotor. O motor 
perde torque ao longo do 
tempo (fica “mais fraco”).
Com inversores PWM, os 
picos de tensão sobre o 
enrolamento do motor 
ultrapassam 1200 V, muito 
superior à classe de 
tensão dos isolantes 
utilizados em motores 
comuns (600 V).
O efeito do PWM sobre o motor comum
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Efeito
Reator de saída
Filtro limitador
de tensão (filtro dv/dt)
Filtro Senoidal 
Medida
• Compensa as Correntes Parasitas Capacitivas 
devido a cabos longos entre o conversor e o motor
• Reduz a taxa dv/dt nos terminais do motor e reduz 
o “stress” na isolação
• Limita o dv/dt nos terminais do motor a 500V/µs
• Limita os picos de tensão nos terminais do motor a 
~1,76*UL
• Alimenta o motor com tensão e corrente 
praticamente senoidais
Como minimizar os efeitos do PWM
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2005
Motores antigos - classe de isolação B.
Motores atuais no mercado – classe F/B (conforme ABNT): 
Classe de isolação F, utilização conforme classe B
Significa que, em operação nominal, ainda mantém 25oC de 
folga de temperatura.
130oC
155oC
180oC
Classe de isolação, temperatura de operação
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Limitação de torque devido à
redução da ventilação.
Campo constante Enfraquecimento de campo
Limitação de torque 
devido ao enfraquecimento 
de campo: M ~1/f
Limite de torque com ventilação externa
fN/2
Limite de torque em baixa rotação
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Motores da série 1LA8(BT) e 1LA1(MT)
Limite de torque em baixa rotação
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Motores classe B não devem ser operados por inversor de 
freqüência.
Nos motores classe F/B, desconsidere a folga de 25oC 
existente em operação com velocidade fixa.
130oC
155oC
180oC
Classe de isolação, operação com inversor
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Motor queimado por sobrecarga
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Motor elétrico com moto-ventilador acoplado
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QUANDO O PTC CHEGA NA CORRESPONDENTE 
TEMPERATURA, SUA RESISTÊNCIA AUMENTA. A 
UNIDADE DE ATUAÇÃO ENTÃO RESPONDE.
EXISTEM PTCs PARA ALARME E PTCs PARA 
DESARME 
A DIFERENÇA DE TEMPERATURAS ENTRE ALARME E 
DESARME É 10°C
PARA MOTORES CLASSE DE ISOLAÇÃO F 
UTILIZAÇÃO B, TEM-SE: 
PTC PARA ALARME= 145°C 
PTC PARA DESARME=155°C
SENSOR QUE VARIA SUA RESISTÊNCIA 
EM FUNÇÃO LINEAR COM A 
TEMPERATURA
UM SÓ SENSOR PARA ALARME E 
DESARME
Outros tipos: PT100; PT1000
0 100 200 300 Temp C
R (kohm)
3
2
1
KTY 84
0 100 200 300 Temp C
R (kohm)
100
10
1
0.1
PTC
PTC – “Positive Temperature Coefficient”
KTY84
Sensores de temperatura
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n
Pn
1~
Faixa de potência constante
PN
A potência mecânica 
permanece constante 
devido à relação:
P ~ M x n 
≈ 70% MnMomento reduzido 
para motores com 
refrigeração própria. A 
ventoinha no eixo do 
motor não fornece 
ventilação suficiente.
Faixa de fluxo constante Faixa de enfraquecimento de campo
n
Mn
1
∼MN
2max
1
n
M ∼
Mmax
Região de sobrecarga
Mmax ≈ 2,5·MN
(dependendo 
do motor)
nnn
M, P
n1
Acima de nN são reduzidos o fluxo magnético, 
devido à reatância indutiva do estator e 
também a corrente máxima possível do rotor 
curto-circuitado que produz momento, devido 
à reatância indutiva do rotor. Os dois efeitos 
produzem um efeito ao quadrado.
30%
RESUMO
PRÁTICO
P Acima de n1 não 
temos mais 
nenhuma 
capacidade de 
sobrecarga. MN
cai a distância 
de 30% do 
momento 
máximo.
Região de operação
Curvas características – Operação por inversor
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Os rendimentos publicados em 
decreto-lei são medidos à 100% 
carga.
Lei de Eficiência Energética
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O RENDIMENTO VARIA COM A POTÊNCIA UTILIZADA PELO MOTOR
η
cos φ
Dados 
publicados na 
placa do motor
%
Rendimento em função da carga
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Não necessariamente !
Na ânsia de atender a Lei de Eficiência Energética, fabricantes 
melhoraram o rendimento de seus motores a 100% de carga, 
em detrimento da curva de rendimento em carga parcial.
As curvas de rendimento 
dos motores no Brasil 
possuem a seguinte forma:
Os rendimentos em carga
parcial são muito piores do
que a 100% carga.
30%
40%
50%
60%
70%
80%90%
100%
0% 25% 50% 75% 100% 125%
Carga (%)
R
en
di
m
en
to
 %
Maior rendimento = Maior economia de energia?
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2005
Praticamente nenhuma aplicação opera a 100% de carga todo 
o tempo.
Considerando as folgas de projeto de máquinas, a grande 
maioria dos motores hoje operam entre 50 e 80% da carga 
nominal !
Para se avaliar uma real economia de energia, é necessário 
considerar o ciclo de operação completo da carga acionada.
Portanto, pode acontecer de se trocar motores antigos comuns 
por novos, classificados como “Alto-Rendimento”, e
Passar a consumir mais energia elétrica !
Maior rendimento = Maior economia de energia?
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2005
Motores elétricos Siemens: feitos para durar
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2005
Fabricados e projetados conforme as normas 
ABNT (NBR) em correspondência com as 
normas IEC
Aptos para serviço contínuo (S1), temperatura 
ambiente máxima 40ºC e altura máxima de 
instalação de 1000m
Projetados para instalação em rede com 
variação de tensão permanente de ± 5% (zona 
A, ABNT) ou ± 10% (zona B, ABNT)
Grau de proteção: IP 55 para uso universal 
(que corresponde ao IPW55 ABNT )
Tensão e freqüência:
• 380 VD / 660 VY – 60 Hz
• 220 VDD / 380 VYY / 440 VD – 60 Hz
Polaridade: 2, 4, 6 e 8 pólos
Principais características:
Motores elétricos Siemens: feitos para durar
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2005
Isolação Durignit IR-2000:
• Classe de isolação “F”
• Alta resistência mecânica e elétrica
• Vida útil prolongada
• Excelente proteção contra gases 
corrosivos, vapores, poeira e umidade
• Resistente às solicitações 
ocasionadas pelas vibrações
• Apto a ser acionado por conversores 
de freqüência (AC) PWM
Carcaça:
• Liga de alumínio injetado:
carcaça 63 até 160L (Rendimento 
Standard)
• Ferro fundido:
carcaça 180M até 315L (Alto 
Rendimento)
Pés:
• Solidários: carcaças 63 até 100L
• Parafusados: carcaças 112M até 315L
Principais características:
Motores elétricos Siemens: feitos para durar
Mundo emMundo em
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2005
Motores tipo 1LA7:
• Rendimento superior ao Standard 
(ABNT)
• Carcaça de Alumínio 60-160L
• Redução no peso de até 40% com 
relação à carcaça de ferro
• Classe F de isolação
• Forma construtiva IMB3T (caixa de 
ligação no topo)
• Pés escamoteáveis
Motores tipo 1LG4:
• Alto Rendimento (ABNT)
• Carcaça de Ferro 180-315L
• Forma construtiva IMB3T (caixa de 
ligação no topo, gira 360 graus)
• 2 furos para prensa cabos métricos
• 2 olhais de içamento removíveis
• Baixo nível de ruído
• Classe F de isolação
• Pés escamoteáveis
Motores elétricos Siemens: feitos para durar
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2005
Dimensionais dos motores elétricos Siemens
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2005
Motores são 100% compatíveis com ABNT:
• Ponta-de-eixo
• Distância entre furos de fixação
• Carcaças e potências nominais
• Dados elétricos a 60 Hz
Dimensionais dos motores elétricos Siemens
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2005
Mais torque de partida e torque máximo
50
100
150
200
250
300
350
0% 20% 40% 60% 80% 100%
50
100
150
200
250
300
350
0% 20% 40% 60% 80% 100%
C
on
ju
ga
do
Rotação
Fabricante K
Fabricante E
Fabricante W
Siemens
Motor 75 cv
4 polos, 
Alto rendimento
20% mais 
torque
máximo
20% mais 
torque
máximo
30% mais 
torque
na partida
30% mais 
torque
na partida
Mundo emMundo em
MovimentoMovimento
2005
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 25% 50% 75% 100% 125%
Carga (%)
R
en
di
m
en
to
 %
W
SIEMENS
Exemplo motores de Alto Rendimento
Melhor rendimento em qualquer carga
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2005
• Com freio
• Com freio e sensor de vel.
• Com freio e refrigeração 
externa 
• Com refrigeração externa
• Com refrigeração externa e 
sensor de velocidade
• Com freio, refrigeração 
externa e sensor de vel.
Ex
em
plo
• Com sensor de velocidade
Ex
em
pl
o
Gerador 
de 
impulso
Freio 
Eletromag-
nético
Ventilação 
Forçada
separada
Conceito Modular