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ETEC RUBENS DE FARIA E SOUZA CPS – CENTRO PAULA SOUZA TÉCNICO EM ELETROTÉCNICA DAVID TOBIAS NUNES MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO ESPECIFICAÇÕES DE MOTORES TRIFÁSICOS DE 6 TERMINAIS SOROCABA – SP 2019 DAVID TOBIAS NUNES MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO ESPECIFICAÇÕES DE MOTORES TRIFÁSICOS DE 6 TERMINAIS Trabalho complementar da Matéria Comandos Elétricos, apresentado ao Curso Técnico em Eletrotécnica, Turma B do 2º Módulo Noturno do ano de 2019 da ETEC Rubens de Faria e Souza (CEETEPS), Sob orientação do Professor Nelson Guerra SOROCABA – SP Abril de 2019 EPÍGRAFE “Se você quiser descobrir os segredos do Universo, pense em termos de energia, frequência e vibração.” (Nikola Tesla) MOTOR TRIFÁSICO DE INDUÇÃO, Especificações de motores trifásicos de 6 terminais. 20 f. Trabalho Complementar da Matéria Comandos Elétricos do Curso Técnico em Eletrotécnica, CEETEPS, Sorocaba-SP, 2019. RESUMO Este trabalho complementar de comandos elétricos, visa apresentar a história e evolução dos motores elétricos baseado na experiência de grandes cientistas cujo um complementou a área de estudo de outro, apresenta o motor trifásico por campo magnético indução, suas vantagens em relação aos motores monofásicos e bifásicos, as normativas de construção a qual são estabelecidos, circuito acionador de motores conhecido como Comandos Elétricos, e considerações sobre estes tipos de equipamentos, aplicações, seus tipos de fechamento de bobinas aplicando a ligações de vários sistemas elétricos para diversas aplicações. Palavras-chave: 1.Motor Elétrico, 2.Motor de Corrente Alternada, 3.Motor Trifásico de Indução, 4.Motor Trifásico de seis Terminais, 5. Circuitos Acionadores de Motores Trifásicos, 6.Tipos de Fechamento Elétrico e Tensão Aplicada em Motores de Seis Terminais. SUMÁRIO PREFÁCIO ............................................................................................................................................ 6 HISTÓRICO ........................................................................................................................................... 7 Ano de 1600 ..................................................................................................................................... 7 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 9 1.1 Motor Trifásico de Indução ................................................................................................... 9 1.2 Constituição de motor de Indução ...................................................................................... 9 1.2 Tipos de motor de indução ................................................................................................. 10 1.3 Construção e princípio de funcionamento do motor de indução ............................. 10 CAPÍTULO 2 LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICO DE 6 TERMINAIS ................................ 12 2.1 Sistemas de Partida .............................................................................................................. 12 2.1.2 Partida Direta ................................................................................................................... 12 2.1.2.1 Partida Direta com Reversão ................................................................................... 12 2.1.3 Partida Estrela-Triângulo ............................................................................................. 12 2.1.4 Partida Compensadora ................................................................................................. 13 2.2 Fechamento do Motor Trifásico de 6 Terminais ............................................................ 14 CAPÍTULO 3 COMANDOS ELÉTRICOS PARA ACIONAMENTO DE MOTORES .............. 16 3.1 Tipos de Circuitos Projeto de implementação ............................................................... 16 NORMATIVA TÉCNICA .................................................................................................................... 18 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................................................. 19 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................... 20 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Campo magnético. soma de vectores a partir de 3 bobinas da fase. .................... 10 Figura 2 – Estator/Rotor trifásico de indução ................................................................................ 11 Figura 3 - Autotransformador (Trafo) para Chave Compensadora............................................ 13 Figura 4 - Representação de ligação entre terminais (Estrela / Triângulo) .............................. 14 Figura 5 - Tipos de fechamento possíveis com 6 terminais. ...................................................... 15 Figura 6 - Fechamento Estrela / Triângulo - Motor 6 terminais 3 enrolamentos. .................... 15 Figura 7 - Diagrama de Trabalho e Comandos de uma partida Estrela / Triângulo. .............. 16 Figura 8 - Exemplo de uma plaqueta de identificação de motor. ............................................... 17 6 PREFÁCIO É notório que a humanidade, desde o princípio, buscou desenvolver e aprender com suas experiências, técnicas que lhe dessem um mínimo de conforto, desde as suas necessidades básicas tais como: moradia, segurança e auto realização. O Motor elétrico ou atuador elétrico, é uma máquina que realiza a transformação de energia mecânica para energia elétrica. Um motor elétrico se difere de um gerador, basicamente por sua construção de atividade fim, o qual transforma energia mecânica em elétrica, sendo construído especificamente para determinada aplicação. Os motores de corrente alternada, são amplamente utilizados nas indústrias desde a revolução industrial que permitiu que a energia elétrica fosse distribuída a longas distâncias e substituído sistemas à vapor por sistemas de energia elétrica e motores. Os motores atualmente estão empregados principalmente no meio industrial, como motores de grande, médio e pequeno porte e suas variantes como geradores, turbo geradores, hidrogeradores, entre outros; os motores também são amplamente utilizados em eletrodomésticos como sistemas de compressores de ar condicionado, de refrigeradores, batedeiras, liquidificadores, automatizadores de portões, porém estes em sua quase totalidade são motores monofásicos e outros bifásicos. Já os motores trifásicos, geralmente possuem diversas vantagens em relação ao monofásico e bifásico, que pode ter uma potência mecânica superior aos anteriores e sua construção física ser menor, e seus enrolamentos de cobre ou alumínio podem ser menores e oferecer uma potência equivalente, outra vantagem que o sistema elétrico trifásico de energia é superior pois pode usar demandas maiores de consumo elétrico e elas são distribuídas entre três fases, assim sendo podendo ligar um número maior de circuitos em um certo dimensionamento elétrico. Onde quer que haja progresso, a presença do motor elétrico é imprescindível. Desempenhando um importante papel para a sociedade, os motores são o coração das máquinas modernas, por essa razão é necessário conhecer seus princípios fundamentais de funcionamento, desde a construção até as aplicações. (WEBSITE WEG Indústrias – PDF.: A história do motor elétrico que você precisa conhecer) 7 HISTÓRICO Desde o princípio da evolução humana, o homem aprendeu a criar ferramentas conforme suas necessidades, e posterior começou a usar animais para tração mecânica, com a industrialização e o advento de máquinas a vapores para automatização de seusprocessos, surgiu ainda novamente a necessidade de ainda mais automatizar processos manuais e garantir cada vez mais uma padronização, tivemos um salto tecnológico, e essa cadeia de evolução foi possível por grandes renomes, cujo são responsáveis pela qualidade de vida e conforto que temos hoje. Ano de 1600 No ano de 1600, último ano do século XVI, o cientista inglês William Gilbert publicou uma obra descrevendo a força de atração magnética. A primeira máquina eletrostática foi construída em 1663, pelo alemão Otto Guericke, e aperfeiçoada em 1774 pelo suíço Martin Planta. Já o professor de Medicina italiano Aloiso Galvani notou, em 1786, que ao tocar com o bisturi em coxas de rãs que estavam penduradas numa grade de ferro, estas apresentavam uma contração, a qual chamou “eletricidade animal”. Outro italiano, Alessandro Volta, descobriu que entre dois metais diferentes, imersos em líquido condutor, surgia uma tensão elétrica. Em 1799 ele desenvolveu uma fonte de energia que chamou de “coluna de Volta”, que podia fornecer corrente elétrica. O físico dinamarquês Hans Christian Oersted, em 1820, verificou por acaso que a agulha magnética de uma bússola era desviada de sua posição norte-sul quando passava perto de um condutor no qual circulava corrente elétrica. Essa observação foi o primeiro passo em direção ao desenvolvimento do motor elétrico. O físico e matemático André-Marie Ampère, com base nesses e outros estudos e constatações, construiu o primeiro eletroímã. Esse dispositivo foi fundamental para a invenção de vários aparelhos, como o telefone, o microfone, o alto-falante, o telégrafo. Depois, o inglês Michael Faraday descobriu, em 1831, a indução eletromagnética. Em 1832 o cientista italiano Salvatore Dal Negro construiu a primeira máquina de corrente alternada com movimento de vaivém. No ano seguinte, o inglês W. Ritchie inventou o comutador, construindo um pequeno motor elétrico em que o núcleo de 8 ferro enrolado girava em torno de um ímã permanente. Para dar uma rotação completa, a polaridade do eletroímã era alternada a cada meia volta, através do comutador. O professor alemão Moritz Hermann von Jacobi, em 1838, desenvolveu um motor elétrico e aplicou-o a uma lancha. A aplicação prática da energia elétrica em trabalho mecânico ficou assim comprovada. Entretanto, toda a energia provinha de baterias, que eram caras e de uso restrito. A preocupação, então, voltou-se à geração de energia elétrica de baixo custo Fonte: http://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/ http://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/ 9 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 1.1 Motor Trifásico de Indução O motor trifásico por indução ou motor de indução trifásico, é um equipamento eletromecânico cuja tem a função de transformação de energia elétrica em energia mecânica, a sua composição é formato O motor de indução trifásico é um tipo de motor elétrico que funciona a partir de dois campos magnéticos girantes, tanto rotor como estator são compostos por finas chapas de aço magnético em forma de anel, que são tratadas de forma a reduzir perdas do campo magnético, o motor trifásico ainda tem a vantagem de não precisar de capacitor de partida, pois as bobinas do motor trifásico, são defasadas em 120º e funcionam sempre com adiantamento ou atraso em relações das demais, e ainda eles podem possuir potência e torque maior para inúmeras operações de máquinas e equipamentos. Motor síncrono é um motor elétrico cuja velocidade de rotação é proporcional à frequência da sua alimentação, está em sincronismo. Motor assíncrono é um motor de indução, para haver corrente no induzido a velocidade desta precisa ser menor, é o chamado "escorregamento". Como precisa do escorregamento, a velocidade de rotação é diferente da frequência da rede, em velocidade assíncrona. 1.2 Constituição de motor de Indução Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: Estator e Rotor. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. O estator constitui a parte estática e o rotor a parte móvel. O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente ou de aço silício para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em operação, deverão criar um campo magnético no estator. 10 O rotor também é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente, com o formato também de anel (vista frontal) e com os enrolamentos alojados longitudinalmente. 1.2 Tipos de motor de indução Existe dois tipos de motores de indução, sendo: • Motor de indução trifásico, rotor curto-circuito o (tipo gaiola de esquilo): No qual o rotor é composto de barras de material condutor que se localizam em volta do conjunto de chapas do rotor, curto-circuitadas por anéis metálicos nas extremidades. • Motor de indução trifásico, rotor bobinado: No qual o rotor é composto de enrolamentos distribuídos em torno do conjunto de chapas do rotor. 1.3 Construção e princípio de funcionamento do motor de indução O motor de indução é o motor de construção mais simples. Estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem. O estator é constituído de um enrolamento trifásico distribuído uniformemente em torno do corpo da máquina, para que o fluxo magnético resultante da aplicação de tensão no enrolamento do estator produza uma forma de onda especialmente senoidal. A onda eletromagnética produzida pelo enrolamento é uma função senoidal do espaço e do tempo. Figura 1 – Campo magnético. soma de vectores a partir de 3 bobinas da fase. Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#/media/File:Stator_and_rotor_by_Zureks.JPG , Acesso em 2019. https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#/media/File:Stator_and_rotor_by_Zureks.JPG 11 A aplicação de tensão alternada nos enrolamentos do estator irá produzir um campo magnético variante no tempo que devido à distribuição uniforme do enrolamento do estator irá gerar um campo magnético resultante girante na velocidade proporcional à frequência da rede trifásica. O fluxo magnético girante no estator atravessará o entreferro e por ser variante no tempo induzirá tensão alternada no enrolamento trifásico do rotor. Como os enrolamentos do rotor estão curto- circuitados essa tensão induzida fará com que circule uma corrente pelo enrolamento do rotor o que por consequência irá produzir um fluxo magnético no rotor que tentará se alinhar com o campo magnético girante do estator. Como o valor das tensões induzidas no rotor no caso de rotor bobinado dependem da relação de espiras entre o rotor e o estator, o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. Este tipo de motor quando acionado por uma turbina e operando com uma rotação acima da síncrona pode gerar potência ativa e entregá-la ao sistema onde está conectado, passando então a funcionar como gerador. Figura 2 – Estator/Rotor trifásico de indução Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#/media/File:Stator_and_rotor_by_Zureks.JPG .Acesso em 2019. https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#/media/File:Stator_and_rotor_by_Zureks.JPG 12 CAPÍTULO 2 LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICO DE 6 TERMINAIS 2.1 Sistemas de Partida Existem diversos tipos de partida de motores, A partida direta implica diretamente no desempenho do motor e principalmente na infraestrutura da rede de alimentação onde esta máquina elétrica é instalada, dependendo 2.1.2 Partida Direta A partida direta implica diretamente no desempenho do motor e principalmente na infraestrutura da rede de alimentação onde estamáquina elétrica é instalada, dependendo da aplicação é mais viável utilizarmos uma indireta, pois a direta o motor parte com a corrente de pico muito alta, ainda superior a corrente nominal de trabalho, sendo quase sempre inviável ou dependendo do porte do motor, dimensionar e possuir uma linha de alimentação, condutores, e outro circuitos para acionar diretamente, por esse motivo, motores de maior porte deve utilizar partidas indiretas, como é o caso do sistema estrela / triangulo, partida compensadora, 2.1.2.1 Partida Direta com Reversão Quando existe a necessidade de realizarmos a inversão de rotação de um motor elétrico trifásico devemos interagir diretamente em seu campo magnético girante e sabemos também que este campo magnético só existe em função da defasagem de 120° entre as fases. Sendo assim deveremos realizar a inverter duas das três fases de alimentação deste motor. 2.1.3 Partida Estrela-Triângulo A Partida estrela-triângulo, também chamada de Sistema Triângulo ou Delta, é um método de partida de motores elétricos trifásicos, que utiliza uma chave de mesmo nome. Esta chave, que pode ser manual ou automática, é interligada aos enrolamentos do motor, que devem estar acessíveis em 6 terminais. Esse sistema evita grandes problemas da partida direta de um motor elétrico, sendo uma partida indireta, as concessionárias de energia elétrica impõem no Brasil que os motores só 13 sejam feitos em partida direto somente motores abaixo de 5cv para instalações residenciais ou comerciais e abaixo de 10cv para instalações industrias. 2.1.4 Partida Compensadora A Chave Compensadora, se aplica em um cenário que exija que o motor parta com uma carga parcial. A partida compensadora ou chave compensadora é utilizada para partidas sob cargas de motores de indução trifásicos com motor em curto-circuito, onde a chave estrela-triângulo é inadequada. A norma prevê a utilização desta chave para motores cuja potência seja maior ou igual a 15 CV. Figura 3 - Autotransformador (Trafo) para Chave Compensadora Fonte: https://etnatransformadores.com.br/auto-trafo-compensador-partida/, acesso em 2019. 14 2.2 Fechamento do Motor Trifásico de 6 Terminais Há basicamente dois tipos de fechamento dos terminais, também conhecido como pontas, são 6 terminais, sendo o começo e o fim de 3 bobinas distintas, pegando qualquer uma como referencia e medimos a continuidade para achar o outro estremo, caso não esteja definido, assim sendo, sabendo que todos os enrolamentos são idênticos, neste caso 3 enrolamentos com um terminal em cada extremo, totalizando 6 terminais. Fechamento Triangulo: O fechamento em triângulo proporciona o fechamento na menor tensão suportada, por exemplo: um motor que suporte 380V e 220V o fechamento em triângulo será para a tensão de 220V. Será possível entender na ilustração abaixo como realizar o fechamento em triângulo do motor elétrico trifásico, observe que os terminais 1-6, 2-4 e 3-5 são interligados entre si e estas pontas são interligadas com a rede de alimentação trifásica. Fechamento Estrela: realização do curto circuito dos terminais 4-5-6 e realiza-se a alimentação trifásica utilizando os terminais 1, 2 e 3. Figura 4 - Representação de ligação entre terminais (Estrela / Triângulo) Fonte: Google imagens. Termo de busca: Partida Estrela Triângulo. 15 Figura 5 - Tipos de fechamento possíveis com 6 terminais. Fonte: Sala da elétrica. Dísponível em (www.saladaeletrica.com.br). Acesso em 2019. Figura 6 - Fechamento Estrela / Triângulo - Motor 6 terminais 3 enrolamentos. Fonte: https://www.mundodaeletrica.com.br/dicas-de-como-fazer-fechamento-de-motor-6-pontas/ , aceso em 2019. *(Nota do coautor deste: (NUNES, DAVID TOBIAS) A imagem foi editada para melhor apresentação, foi removido logotipo do autor Mundo da Elétrica). http://www.saladaeletrica.com.br/ https://www.mundodaeletrica.com.br/dicas-de-como-fazer-fechamento-de-motor-6-pontas/ 16 CAPÍTULO 3 COMANDOS ELÉTRICOS PARA ACIONAMENTO DE MOTORES 3.1 Tipos de Circuitos Projeto de implementação No circuito de trabalho (circuito pesado que liga motor, motores e/ou máquinas) em modo trifásico, e nos comandos elétricos (lógica de acionadores e segurança para iniciar, parar, controlar o trabalho (equipamentos/cargas). No circuito abaixo no diagrama a esquerda (diagrama de trabalho) o motor parte inicialmente em sistema estrela, reduzindo a corrente elétrica para evitar fadigas no sistema, bem como acionando motores em partida direta conforma as normativas de dimensionamento de sua rede, disposição de corrente disponível para aplicação e atendendo as normas estabelecidas pela concessionária de energia elétrica local. Nota: A corrente de partida será de 1/3 da corrente nominal de trabalho, e a potencia do motor também será reduzida para 1/3 (torque). Figura 7 - Diagrama de Trabalho e Comandos de uma partida Estrela / Triângulo. Este sistema provera uma vantagem em relação a chave compensadora, o qual é o seu custo menor, evita fadiga na rede e superdimensionamentos, uma vez que a corrente é reduzida em 1/3. 17 Figura 8 - Exemplo de uma plaqueta de identificação de motor. 18 NORMATIVA TÉCNICA A normativa brasileira da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas): NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão. Esta Norma define e classifica o que é baixa tensão e os seus padrões de instalações. Portaria INMETRO nº 243/2009 – MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS DE INDUÇÃO. Esta Norma estabelece procedimentos de fiscalização para análise de conformidades dos motores elétricos trifásicos de indução de rotor do tipo Gaiola de esquilo, normativas de funcionamento e segurança. NR – Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho NR 10 – NORMA REGULAMENTADORA Nº 10 – SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE. NR 12 – NORMA REGULAMENTADORA Nº 12 – SEGURANÇA NO TRABALHO EM MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS. Esta normativa e anexos define, técnicas e procedimentos de trabalho, operação, bem como em sua fabricação define formas seguras de uso e manutenção de máquinas como os motores industriais em geral. David Tobias Nunes – (coautor) Registrado no Ministério do Trabalho e Emprego (MTE) Sob nº 0076802/SP em 29/10/2015 19 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com esta pesquisa e montagem deste trabalho, conseguimos explanar mais sobre este tema, motores de indução trifásico, pudemos perceber que o principio trifásico em relação a outros não citado no trabalho como o sistema monofásico que exige uma partida auxiliar, o sistema trifásico por seu campo magnético possui uma construção mais simplificada, o seu custo também é menor tanto na produção uma vez que exige menos material em relação a um monofásico / bifásico de mesma potência, o custo também é menor na implementação, uma vez que exige dimensionamento de linhas menores por ser a corrente dividida em 3 fases em relação aos monofásicos e bifásicos. Também pudemos conhecer um resumo das ligações de baixa rotação e alta rotação como o conjugado variável, potencia constante e conjugado constante. Assim sendo, esta pesquisa apresenta um conhecimento prévio sobre o assunto de motores com 6 terminais, comumente conhecimento como 6 pontas, suas aplicações e dimensionamentos, esquema de trabalho de acordo com a necessidade de implementação. 20 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Palavras-chave: 1.Motor Elétrico, 2.Motor de Corrente Alternada, 3.Motor Trifásico de Indução, 4.Motor Trifásico de seis Terminais, 5. Circuitos Acionadores de Motores Trifásicos, 6.Tipos de Fechamento Elétrico e Tensão Aplicada em Motores de Seis Terminais. 1. A história do motor elétrico que você precisa conhecer. Disponível em: < http://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/>.Acesso em: 02 de abril de 2019. 2. Motor Elétrico – disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico#>. Acesso em: 03 de abril de 2019. 3. ENIT – Secretaria do governo de Inspeção do Trabalho. disponível em: < https://enit.trabalho.gov.br/portal/index.php/seguranca-e-saude-no-trabalho/sst- menu?view=default>. Acesso em: 05 de abril de 2019. Apostila: 1. Introdução a Comandos Elétricos, Tipos de Motores e Aplicações; NUNES, Geraldo Tobias. 2007. 2. Brochura: Implementação de Segurança e Saúde no Trabalho – Guia Geral; NUNES, David Tobias. 2016. Arquivo Digital: 1. Ebook PDF. As 10 partidas de motores que você precisa conhecer; Guia Prático de Análise e Aplicação. MORAES, Everton Pacheco Pereira de. 2014. 2. Ebook PDF. Motores Elétricos – Guia de Especificação de Motores Elétricos WEG. WEG Industrias. 2019. http://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/ http://museuweg.net/blog/a-historia-do-motor-eletrico/ https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico