Automação Industrial - Acionamento de Dispositivos Atuadores Vol. 01

SÉRIE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

ACIONAMENTO DE DISPOSITIVOS ATUADORES

VOLUME 1



VOLUME 1

CONFEDERAÇÃO NACIONAL DA INDÚSTRIA � CNI Robson Braga de Andrade Presidente

DIRETORIA DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor de Educação e Tecnologia

SENAI�DN � SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL Conselho Nacional Robson Braga de Andrade Presidente

SENAI � DEPARTAMENTO NACIONAL Rafael Esmeraldo Lucchesi Ramacciotti Diretor-Geral Gustavo Leal Sales Filho Diretor de Operações



VOLUME 1

© 2012. SENAI – Departamento Nacional © 2012. SENAI – Departamento Regional do Rio Grande do Sul

A reprodução total ou parcial desta publicação por quaisquer meios, seja eletrônico, mecânico, fotocópia, de gravação ou outros, somente será permitida com prévia autorização, por escrito, do SENAI – Depar tamento Regional do Rio Grande do Sul. Esta publicação foi elaborada pela equipe da Unidade Estratégica de Desenvolvimento Educacional – UEDE/Núcleo de Educação a Distância – NEAD, do SENAI do Rio Grande do Sul, com a coordenação do SENAI Departamento Nacional, para ser utilizada por todos os Departamentos Regionais do SENAI nos cursos presenciais e a distância. SENAI Departamento Nacional Unidade de Educação Profissional e Tecnológica – UNIEP SENAI Departamento Regional do Rio Grande do Sul Unidade Estratégica de Desenvolvimento Educacional – UEDE/Núcleo de Educação a Distância – NEAD

FICHA CATALOGRÁFICA

S491a Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Nacional Acionamento de dispositivos atuadores: volume 1/ Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional do Rio Grande do Sul. Brasília : SENAI/DN, 2012. 156 p. : il. (Série Automação Industrial) ISBN 978-85-7519-522-2 1. Geração. 2. Abastecimento. 3. Controle da eletricidade. I. Servico Nacional de Aprendizagem Industrial. Departamento Regional do Rio Grande do Sul. II. Titulo. III. Série. CDU 621.31 Bibliotecário Responsável: Enilda Hack- CRB 599/10

SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Nacional

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Lista de ilustrações Figura 1 - Comparação das diferentes fontes de energia elétrica no Brasil . ..............................................19 Figura 2 - Estrutura de um sistema elétrico ............................................................................................................19 Figura 3 - Usina hidrelétrica .........................................................................................................................................21 Figura 4 - Princípio de funcionamento de um gerador elementar ................................................................22 Figura 5 - Distribuição da indução magnética sob um polo ............................................................................22 Figura 6 - Sistema trifásico............................................................................................................................................23 Figura 7 - Gerador para carga puramente resistiva .............................................................................................24 Figura 8 - Gerador com uma carga puramente indutiva ...................................................................................24 Figura 9 - Carga puramente capacitiva ....................................................................................................................25 Figura 10 - Comparação das correntes de excitação ..........................................................................................25 Figura 11 - Evolução do motor elétrico....................................................................................................................30 Figura 12 - Partes de um motor elétrico de indução trifásico..........................................................................34 Figura 13 - Vista explodida de um motor de indução trifásico........................................................................35 Figura 14 - Enrolamento de motores. a) Monofásico. b) Trifásico...................................................................36 Figura 15 - Motor assíncrono com rotor tipo gaiola............................................................................................37 Figura 16 - Motor Dahlander........................................................................................................................................38 Figura 17 - Motor elétrico trifásico com freio.........................................................................................................40 Figura 18 - Divisão dos motores de acordo com a sua característica de funcionamento .....................42 Figura 19 - Placa com as especificações de um motor .......................................................................................43 Figura 20 - Conjugado de um motor elétrico X escorregamento ..................................................................45 Figura 21 - Representação de perdas de um motor elétrico assíncrono .....................................................52 Figura 22 - Rendimento ................................................................................................................................................54 Figura 23 - Triângulo das potências ..........................................................................................................................55 Figura 24 - Banco de capacitores ligado em triângulo .....................................................................................56 Figura 25 - Correção do fator de potência por meio do banco de capacitores na baixa tensão ........58 Figura 26 - Conjugado de um motor trifásico .......................................................................................................62 Figura 27 - Motor de alto rendimento......................................................................................................................63 Figura 28 - Composição de um fusível ....................................................................................................................68 Figura 29 - Simbologia do fusível ..............................................................................................................................69 Figura 30 - Fusível tipo D ...............................................................................................................................................70 Figura 31 - Punho saca-fusível.....................................................................................................................................71 Figura 32 - Fusível do tipo NH .....................................................................................................................................71 Figura 33 - Contador .......................................................................................................................................................72 Figura 34 - Contatos auxiliares e principais de um contator ............................................................................73 Figura 35 - Simbologia do contator (bobina), os contatos principais e os contatos auxiliares ...........73 Figura 36 - Representação dos contatos auxiliares..............................................................................................74 Figura 37 - Sequência de contatos ............................................................................................................................74 Figura 38 - Comportamento de cargas resistivas, indutivas e capacitivas na hora da partida. ...........75 Figura 39 - Nomenclatura de um relé de sobrecarga com a sua simbologia............................................77 Figura 40 - Nomenclatura dos contatos auxiliares de um relé de sobrecarga coma sua simbologia ...77 Figura 41 - Relé de falta de fase ..................................................................................................................................78 Figura 42 - Ligação de um PTC em um motor elétrico .......................................................................................79 Figura 43 - Disjuntor .......................................................................................................................................................79 Figura 44 - Etapas de funcionamento de um disjuntor. a) Disjuntor ligado - disparadores no repouso; b) Disjuntor desligado; c) Disjuntor desarmado - atuação dos disparadores .......................................80 Figura 45 - Disjuntor .......................................................................................................................................................81

Figura 46 - Utilização de transformador em uma rede trifásica, a) sem neutro, b) com neutro e c) Simbologia do transformador ......................................................................................................................................83 Figura 47 - Autotransformador de partida trifásico.............................................................................................84 Figura 48 - Temporizador .............................................................................................................................................85 Figura 49 - Diagrama de funcionamento de um ON DELAY .............................................................................85 Figura 50 - Simbologia a) de um temporizador ON DELAY e b) do contato...............................................86 Figura 51 - Diagrama de funcionamento de um OFF DELAY ...........................................................................86 Figura 52 - Simbologia a) de um temporizador OFF DELAY e b) da simbologia dos contatos ............86 Figura 53 - Simbologia de um contador de pulsos..............................................................................................87 Figura 54 - Funcionamento de um contador .........................................................................................................88 Figura 55 - Chave de impulso ......................................................................................................................................91 Figura 56 - Chave com retenção.................................................................................................................................92 Figura 57 - Chave impulso (2NA + 2NF) e chave trava (2NA + 1 NF) .............................................................92 Figura 58 - Chave impulso (três posições) e chave trava (duas posições) ...................................................92 Figura 59 - Chaves manuais..........................................................................................................................................93 Figura 60 - Tomadas e plugues industriais..............................................................................................................93 Figura 61 - Tipos de botoeiras .....................................................................................................................................94 Figura 62 - Alguns tipos de sinaleiros.......................................................................................................................95 Figura 63 - Sistema gerador com três bobinas................................................................................................... 101 Figura 64 - Sistema gerador ligado em triângulo.............................................................................................. 103 Figura 65 - Correntes e tensões do esquema em triângulo........................................................................... 104 Figura 66 - Sistema gerador ligado em estrela .................................................................................................. 104 Figura 67 - Correntes e tensões do esquema em estrela ............................................................................... 105 Figura 68 - Tensão nominal múltipla a 9 fios ...................................................................................................... 106 Figura 69 - Ligação estrela-triângulo ..................................................................................................................... 106 Figura 70 - Esquemas de ligação de um motor com tripla tensão (estrela em paralelo, triângulo em paralelo e estrela em série) ........................................................................................................................................107 Figura 71 - Ligação de um motor com tripla velocidade (motor com três ligações em estrela, com enrolamento Dahlander e ligação em estrela) ....................................................................................................107 Figura 72 - Representação gráfica UNIFILAR de um circuito principal ..................................................... 108 Figura 73 - Representação gráfica TRIFILAR ........................................................................................................ 109 Figura 74 - Representação gráfica de um circuito de comando .................................................................. 109 Figura 75 - Funções de partidas de motores elétricos ..................................................................................... 111 Figura 76 - Circuito de potência de uma partida direta: a) coordenada por fusíveis; b) coordenada por disjuntores ................................................................................................................................................................112 Figura 77 - Circuito de comando de uma partida direta ................................................................................ 113 Figura 78 - Circuito de potência de uma partida direta com reversão: a) coordenada por fusíveis; b) coordenada por disjuntores .......................................................................................................................................114 Figura 79 - Circuito de comando de uma partida direta com reversão .................................................... 114 Figura 80 - Circuito de potência de uma partida estrela-triângulo: a) Coordenada por fusíveis; b) Coordenada por disjuntores .....................................................................................................................................116 Figura 81 - Circuito de comando de uma partida estrela-triângulo .......................................................... 116 Figura 82 - Comportamento do conjugado e da corrente com a ligação Y- ∆, em função da velocidade ...117 Figura 83 - Circuito de potência de uma partida com chave compensadora com autotransformador: a) coordenada por fusíveis; b) coordenada por disjuntores ..................................................................119 Figura 84 - Circuito de comando de uma partida com chave compensadora com autotransformador .............................................................................................................................................................119 Figura 85 - Comportamento do conjugado e da corrente com a ligação com chave compensadora em função da velocidade ............................................................................................................................................119 Figura 86 - Fatores de redução K1 e K2 em função das relações de tensão do motor e da rede ..... 120

Figura 87 - Exemplo das características de desempenho d e um motor quando parte com 85% da tensão ..........................................................................................................................................................................120 Figura 88 - Diagrama elétrico da chave em série-paralelo ............................................................................ 122 Figura 89 - Circuito de comando da chave série-paralelo.............................................................................. 122 Figura 90 - Controle de fases de um motor trifásico utilizando um soft-starter .................................... 126 Figura 91 - Diagrama em blocos de um soft-starter ........................................................................................ 126 Figura 92 - Comparativo da corrente entre partidas direta, estrela-triângulo e soft-starter ............. 127 Figura 93 - Ligação direta com o soft-starter ...................................................................................................... 128 Figura 94 - Ligação com contator by-pass ........................................................................................................... 128 Figura 95 - Diagrama de comando do soft-starter ........................................................................................... 129 Figura 96 - Inversor de frequência .......................................................................................................................... 129 Figura 97 - Componentes de um inversor ........................................................................................................... 130 Figura 98 - Circuito inversor ...................................................................................................................................... 131 Figura 99 - Modulação por PWM ............................................................................................................................. 132 Figura 100 - Gráfico escalar ....................................................................................................................................... 132 Figura 101 - Inversor de frequência trifásico....................................................................................................... 133 Figura 102 - Inversor de frequência monofásico ............................................................................................... 133 Figura 103 - Gráfico do parâmetro 5 do inversor – tempo de partida ....................................................... 137 Figura 104 - Gráfico do parâmetro 5 do inversor – tempo de parada ....................................................... 137 Figura 105 - Função pulso de partida .................................................................................................................... 138 Figura 106 - Sobrecorrente imediata na saída.................................................................................................... 139 Figura 107 - Subcorrente imediata ......................................................................................................................... 139 Quadro 1 - Principais causas e consequências de um baixo fator de potência ..........................................56 Quadro 2 - Tipos de disparos dos disjuntores .........................................................................................................82 Quadro 3 - Identificação das cores dos botões ......................................................................................................94 Quadro 4 - Identificação de sinaleiros conforme a sua cor ................................................................................95 Quadro 5 - Simbologias utilizadas em eletricidade industrial ..........................................................................96 Quadro 6 - Sistema Internacional de Unidades ......................................................................................................97 Quadro 7 - Conversão de unidades em medidas...................................................................................................98 Quadro 8 - Esquemas de ligação dos motores elétricos ..................................................................................108 Quadro 9 - Quadro comparativo entre estrela-triângulo e compensadora .............................................. 121 Quadro 10 - Métodos de partidas x motores .......................................................................................................126 Quadro 11 - Comparativo entre alguns métodos de partida e suas vantagens...................................... 135 Quadro 12 - Comparativo entre alguns métodos de partida e suas desvantagens............................... 136 Tabela 1: Técnico em Automação Industrial ............................................................................................................14 Tabela 2: Comparação das diferentes fontes de energia elétrica no mundo ..............................................18 Tabela 3: Velocidade do motor em rpm de acordo com o número de polos e frequência de funcionamento .................................................................................................................................................................33 Tabela 4: Velocidade do motor em rpm de acordo com o número de polos e frequência de funcionamento .................................................................................................................................................................34 Tabela 5: Principais problemas e causas de um motor assíncrono .................................................................41 Tabela 6: Tipo de carga x fator de potência .............................................................................................................55 Tabela 7: Código de cores dos fusíveis tipo D .........................................................................................................70 Tabela 8: Capacidade de interrupção de corrente em relação aos códigos dos fusíveis NH .................71 Tabela 9: Faixa de corrente de regime: valores básicos .......................................................................................82 Tabela 10: Tabela de fios com a corrente máxima suportada série métrica e AWG ............................... 102 Tabela 11: Relação entre tensões (linha/fase) e correntes (linha/fase) e potência em um sistema trifásico ...............................................................................................................................................................................105

Sumário 1 Introdução ......................................................................................................................................................................13 2 Geração de energia elétrica ......................................................................................................................................17 2.1 Sistemas elétricos .......................................................................................................................................17 2.1.1 Conceito de energia .................................................................................................................17 2.1.2 Sistema elétrico trifásico ........................................................................................................17 2.1.3 Geração de energia elétrica ..................................................................................................18 2.1.4 Comparação das diferentes fontes de energia elétrica no mundo.........................18 2.1.5 O caminho da energia elétrica .............................................................................................20 2.1.6 Máquinas primárias ..................................................................................................................20 2.1.7 Princípio de funcionamento de um gerador ..................................................................21 2.1.8 Atuação do gerador .................................................................................................................23 2.2 Cogeração de energia elétrica ...............................................................................................................26 3 Motores elétricos ..........................................................................................................................................................29 3.1 Histórico sobre motores elétricos ........................................................................................................29 3.2 Evolução do motor elétrico .....................................................................................................................30 3.3 Motores de corrente alternada monofásicos....................................................................................31 3.4 Motores de corrente alternada trifásicos ..........................................................................................32 3.4.1 Motores síncronos ....................................................................................................................32 3.4.2 Motores assíncronos ................................................................................................................33 3.4.3 Partes de um motor de indução trifásico .........................................................................34 3.4.4 Princípio de funcionamento de um motor de indução trifásico .............................36 3.4.5 Tipos de motores de indução trifásicos ............................................................................36 3.4.6 Principais problemas que ocorrem em um motor assíncrono .................................41 3.5 Características dos motores ....................................................................................................................41 3.5.1 Especificações de um motor elétrico .................................................................................42 3.5.2 Conservação de energia .........................................................................................................62 3.5.3 Controle de demanda .............................................................................................................64 4 Dispositivos de proteção e manobra de motores ............................................................................................67 4.1 Dispositivos de proteção ..........................................................................................................................67 4.2 Características dos dispositivos de proteção e manobra de motores ..................................... 68 4.2.1 Fusíveis ..........................................................................................................................................68 4.2.2 Contator .......................................................................................................................................72 4.2.3 Relés de sobrecarga .................................................................................................................76 4.2.4 Disjuntor .......................................................................................................................................79 4.2.5 Transformador de comando .................................................................................................83 4.2.6 Relés temporizadores ..............................................................................................................85 4.2.7 Contador de impulsos elétricos ...........................................................................................87

5 Dispositivos de comando e sinalização................................................................................................................91 5.1 Dispositivos de comando e sinalização ..............................................................................................91 5.1.1 Chaves ...........................................................................................................................................91 5.1.2 Botoeira ou botão liga e desliga e fim de curso.............................................................93 5.1.3 Sinaleiros ......................................................................................................................................95 5.2 Simbologias, unidades e tabela de conversão ................................................................................95 6 Esquemas de ligação de motores e partidas de motores elétricos trifásicos...................................... 101 6.1 Identificação das bobinas de um motor de indução trifásico .................................................101 6.1.1 Esquemas de ligações .........................................................................................................102 6.1.2 Ligações utilizadas nos motores.......................................................................................107 6.2 Representação gráfica de um circuito ..............................................................................................108 6.3 Partidas de motores ...............................................................................................................................110 6.3.1 Partida direta ...........................................................................................................................111 6.3.2 Inversão do sentido de rotação de motores trifásicos .............................................113 6.3.3 Chave estrela-triângulo .......................................................................................................115 6.3.4 Chave compensadora...........................................................................................................118 6.3.5 Chave em série-paralelo ......................................................................................................121 7 Soft-starters e inversores ........................................................................................................................................ 125 7.1 Chave eletrônica (soft-starter) .............................................................................................................125 7.1.1 Formas de ligação do soft-starter ....................................................................................127 7.2 Inversor de frequência ...........................................................................................................................129 7.2.1 Controle de chaveamento ..................................................................................................131 7.2.2 Instalações do inversor ........................................................................................................133 7.3 Comparação entre alguns métodos de partida ............................................................................135 7.4 Soft-starter x inversor de frequência. ...............................................................................................136 7.5 Parametrização de drivers ....................................................................................................................136 Normas técnicas aplicadas à instalação de circuitos elétricos ....................................................................... 143 Referências........................................................................................................................................................................147 Minicurrículo do Autor .................................................................................................................................................151 Índice ..................................................................................................................................................................................152

Introdução

1

Esta unidade curricular “Acionamento de Dispositivos Atuadores” tem o objetivo de familiarizar o aluno com as características e o funcionamento de dispositivos atuadores em sistemas de controle e automação. Considera conhecimentos relativos à Eletricidade Industrial, Pneumática, Hidráulica e Controladores Lógicos Programáveis – CLPs (DCN-DN). O capítulo 2 apresentará a eletricidade industrial, relacionando-a com fundamentos de Física e a transformação de energia. Definiremos a aplicabilidade dos fundamentos de Eletricidade relativos aos sistemas de controle e automação. No capítulo 3 estudaremos os motores elétricos, suas características específicas, seu funcionamento e construção e suas divisões. O capítulo 4 apresentará os principais dispositivos de proteção e de manobra para a ligação segura de um motor elétrico, mostrando seu comportamento em um circuito elétrico. No capítulo 5 conheceremos os principais dispositivos de comando e sinalização para a ligação de motores elétricos, verificando o princípio de funcionamento e a aplicação em circuitos elétricos. No capítulo 6 estudaremos os esquemas de ligação de motores e as principais partidas de motores elétricos trifásicos. O capítulo 7 apresentará as características e o funcionamento do soft-starter e do inversor, identificando suas rotinas de parametrização. O capítulo 8 apresentará as principais normas técnicas aplicáveis à segurança de instalação de circuitos elétricos. A seguir, são descritos na matriz curricular os módulos e as unidades curriculares previstos e a respectiva carga horária.(Tabela 1).

Tabela 1: Técnico em Automação Industrial MÓDULOS

DENOMINAÇÃO

Módulo Básico Fundamentos técnicos e científicos

UNIDADES CURRICULARES

CARGA HORÁRIA

CARGA HORÁRIA MÓDULO

• Fundamentos da Comunicação

100h

340h

• Fundamentos da Eletrotécnica

140h

• Fundamentos da Mecânica

100h 160 h

Módulo

Fundamentos técnicos e

• Acionamento de Dispositivos

Introdutório

científicos

Atuadores

Específico I

• Processamento de Sinais

180 h

Manutenção e Implemen-

• Gestão da Manutenção

34h

tação de equipamentos e

• Implementação de Equipamentos 136h

dispositivos

Dispositivos

340h

340 h

• Instrumentação e Controle

Específico II

• Manutenção de Equipamentos e

102h

Dispositivos

68h

Desenvolvimento de

• Desenvolvimento de Sistemas de

100h

sistemas de controle e

Controle

Automação

• Sistemas Lógicos Programáveis

160h

• Técnicas de Controle

80h

Fonte: SENAI

340h

Geração de energia elétrica

2 De onde vem a energia elétrica? Como é gerada? Como surge o sistema trifásico? A tensão já é “criada” com 110V/220V? Muitas vezes fazemos essas perguntas e não conseguimos respostas coerentes. Neste capítulo, vamos responder a alguns desses questionamentos. Veremos alguns aspectos importantes relacionados ao conceito de energia, apresentando seu sistema de geração, transmissão e distribuição. Além disso, analisaremos o sistema elétrico trifásico, que é responsável por boa parte do fornecimento de energia industrial principalmente.

2.1 SISTEMAS ELÉTRICOS Vamos iniciar com a apresentação de conceitos relativos a sistemas elétricos, abrangendo a geração, as características e as etapas para a geração de energia elétrica.

2.1.1 CONCEITO DE ENERGIA Segundo Capelli (2010), energia é a quantidade de trabalho que um sistema é capaz de fornecer. Ela não pode ser destruída ou criada, somente transformada. Por exemplo, quando abastecemos o carro com combustível, a energia química gerada pel a queima do combustível transforma-se em movimento (energia cinética), em calor (energia térmica) e em barulho (energia sonora). Quando uma energia é convertida, somente uma parte é transformada em outro tipo de energia.

2.1.2 SISTEMA ELÉTRICO TRIFÁSICO Como foi visto no Módulo Básico, em Fundamentos de Eletrotécnica, a tens ão elétrica nada mais é do que a diferença de potencial entre dois pontos, e a corrente alternada é aquela que varia com o tempo. Para iniciar o estudo, devemos ver alguns aspectos sobre geração do sistema de energia.

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AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

VOCÊ SABIA?

A frequência de 60Hz significa que o fluxo magnético através da armadura se alterna entre os valores positivos e negativos 120 vezes por segundo e consequentemente, o mesmo ocorre com a corrente e a tensão?

2.1.3 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A geração de energia elétrica ocorre pela transformação de qualquer tipo de energia em energia elétrica. Em relação à distribuição elétrica no mundo, Capelli (2010) diz que ela não é homogênea, já que um terço de toda a população não tem acesso a ela. Isso significa que praticamente 3 bilhões de pessoas vivem, literalmente, no escuro, e metade dessa população está no Continente Africano. Por outro lado, segundo Capelli (2010), os Estados Unidos consomem um quarto de toda a energia elétrica produzida no mundo, o que os torna o segundo consumidor per capita de energia elétrica, perdendo apenas para o Canadá. Dependendo das condições geográficas de cada país, as fontes de energia elétrica são variadas. A Tabela 2 mostra a média mundial das fontes de energia elétrica, enquanto a Figura 1 apresenta o cenário de energia elétrica no Brasil e sua distribuição.

2.1.4 COMPARAÇÃO DAS DIFERENTES FONTES DE ENERGIA ELÉTRICA NO MUNDO A Tabela 2 e a Figura 1 mostram que o Brasil consome cerca de 73% de energia elétrica hídrica. Assim, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil pode ser classificado como hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários.

Tabela 2: Comparação das diferentes fontes de energia elétrica no mundo FONTES DE ENERGIA

PORCENTAGEM

Carvão

40%

Hídrica

18%

Nuclear

17%

Gás

14%

Óleo

11% FONTE: CAPELLI, 2010

2 GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

Fontes de Energia Mundial

Biomassa 4,8%

Energia Eólica Energia de importação 8,6% Derivados do petróleo 3,0%

Energia Nuclear 2,8%

Gás natural 6,0%

Carvão e Derivados 1,6%

Figura 1 - Comparação das diferentes fontes de energia elétrica no Brasil (*) Inclui lenha, bagaço de cana, lixívia e outras recuperações. FONTE: LEÃO, 2009

A oferta da energia elétrica aos usuários é realizada por meio da prestação de serviço público concedido pelo Governo Federal, para que seja explorado por entidade privada ou governamental. As empresas que prestam serviço público de energia elétrica o fazem por meio de concessão ou permissão estabelecida pelo Poder Público. A Figura 2 mostra uma estrutura básica de transmissão de energia elétrica, desde sua produção até seu consumo. Azul: Transmissão Vermelho: Distribuição Preto: Geração

Subestação Transformador Rebaixador

Linha de Transmissão 500, 345, 230, e 138 kV

Empresas de Transformador Transmissão de Energia Elevador 138kV ou 230kV Usina de Geração de Energia

Cliente de Subtransmissão de Energia 26kV e 69kV

Consumidor Primário 13kV e 4 kV

Consumidor Secundário 120V e 240V Figura 2 - Estrutura de um sistema elétrico FONTE: LEÃO, 2009

Os sistemas elétricos são tipicamente divididos nos seguintes segmentos: geração, transmissão, distribuição, utilização e comercialização. Segundo a ANEEL (Agencia Nacional de Energia Elétrica), as tensões trifásicas mais utilizadas nas redes industriais são:

• • • •

baixa tensão (BT): tensão igual ou inferior a 1.000V (1kV); média tensão (MT): tensão superior a 1kV e inferior a 69kV; alta tensão (AT): tensão igual ou superior a 69kV e igual ou inferior a 138kV; demais instalações de distribuição: tensão igual ou superior a 230kV.

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2.1.5 O CAMINHO DA ENERGIA ELÉTRICA Para que a energia elétrica chegue até sua casa, ela precisa passar pelas seguintes etapas:

• Máquina primária – transforma qualquer energia em energia cinética de rotação para ser aproveitada pelo gerador.

• Geradores – transformam a energia cinética de rotação das máquinas primárias em energia elétrica.

• Transformador – compatibiliza o nível da tensão da saída com a tensão do sistema ao qual o gerador será ligado, podendo elevar ou rebaixar a tensão.

• Comando, controle e proteção – controla a interligação de um grupo de geradores, compatibilizando as tensões e o sincronismo da rede antes de comandar o fechamento da linha. Veremos agora alguns aspectos dessas etapas.

2.1.6 MÁQUINAS PRIMÁRIAS O processo de transformar qualquer tipo de energia em energia cinética de rotação para que possa ser aproveitada pelo gerador ocorre em duas etapas:

• na primeira etapa, uma máquina primária transforma qualquer tipo de energia em energia cinética de rotação;

• na segunda etapa, um gerador elétrico acoplado à máquina primária transforma a energia cinética de rotação em energia elétrica, através de um gerador. As máquinas primárias são muito utilizadas. As mais conhecidas são:

• Turbinas - transforma energia mecânica em eletricidade. • Hidrelétrica – transforma a energia potencial acumulada de alguns milhões de litros de água em energia cinética.

• Diesel – transforma a energia térmica do diesel em rotação para o gerador. Essa máquina primária é movida com motor a diesel.

• Termelétrica – transforma a água em vapor, que gera uma pressão necessária para movimentar a turbina. Nesse caso, a máquina primária é uma turbina de vapor de água que opera em conjunto com uma caldeira, que transforma a água em vapor. A turbina é alimentada por combustível, que pode ser de vários tipos: sólido de origem mineral (turfa, carvão); sólido de origem vegetal (lenha, serragem, bagaço de cana, pinho, entre outros); líquidos minerais (refinação do petróleo e destilação do xisto betuminoso); líquido vegetal (biodiesel); gasoso de origem mineral (gases de petróleo, gasogênio); e gasoso de origem orgânica (metano).


• Termonucleares – funciona de forma idêntica à termelétrica, mas em vez de o combustível ser uma reação química de combustão, tem uma reação nuclear que gera o calor necessário para aquecer a água.

• Turbina eólica – transforma a energia contida nos ventos em rotação mecânica de um gerador. Geralmente, o gerador chama-se aerogerador.

SAIBA MAIS

Pesquise sobre as máquinas termelétricas, termonucleares, a diesel e eólica.

Podemos ver um exemplo de utilização de uma máquina primária na usina hidrelétrica. Em uma usina desse tipo, a turbina hídrica transforma a energia potencial da água em desnível em energia cinética de rotação, que é transferida a um eixo acoplado a um gerador, como mostra a Figura 3. Barragem Casa das Máquinas

Reservatório Transformador

Linhas de Transmissão Gerador

Entrada d’água

Eclusa

Tubulação

Turbina

Saída d’água

Figura 3 - Usina hidrelétrica Fonte: WEG, 2005c

2.1.7 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM GERADOR Segundo o catálogo industrial da empresa WEG, o princípio do funcionamento de um gerador elétrico está baseado no movimento relativo entre uma espira e um campo magnético. Os terminais da espira são conectados a dois anéis, que são ligados a um circuito externo por meio de escovas. Esse tipo de gerador é chamado de armadura giratória, como mostra a Figura 4.

21

22

1


f. e. m.

A força eletromagnética é também conhecida por força de Laplace. Quando um condutor elétrico percorrido por corrente é atravessado por um campo magnético, surge uma força que atua sobre o condutor.

GERADOR DE CORRENTE ALTERNADA

Campo magnético Campo indutor Anéis coletores

S

S

N

N

Armadura 1

3

Escovas

S

S

N

2

N

4

Figura 4 - Princípio de funcionamento de um gerador elementar Fonte: WEG, 2005c

Nesse caso, admitimos que a bobina gira com uma velocidade uniforme no sentido da flecha dentro do campo magnético, também uniforme. A variação da f. e. m.1 (força eletromagnética ou força eletromotriz) no condutor, em função do tempo, é determinada pela lei da indução magnética sobre um polo, como já foi visto na Unidade Curricular Fundamentos de Eletrotécnica. A Figura 5 mostra o corte lateral de uma bobina no campo magnético em doze posições diferentes, separadas em 30º. Podemos perceber que o condutor varia sob um tempo de lei senoidal, gerando, consequentemente, uma onda senoidal. Relação 2

1 12

3

N

11

4

10

5

9

S

8

6 7 (a)

-1 -5 0 -5 -1

0o

60o

120 o

130 o

240 o

300 o

360 o

(b)

Figura 5 - Distribuição da indução magnética sob um polo Fonte: WEG, 2005c

A cada giro completo das espiras teremos um ciclo completo de tensão gerada para uma máquina de um par de polos. Os enrolamentos podem ser constituídos com um número maior de polos, que se distribuem alternadamente (um norte (N) e um sul (S)).


VOCÊ SABIA?

No Brasil, a frequência da rede elétrica é de 60Hz, enquanto no Paraguai e na Inglaterra é de 50Hz. A utilização de baixa frequência facilita a construção de motores de baixa rotação.

O sistema elétrico trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões, de tal forma que a defasagem entre eles seja de 120º. O enrolamento desse tipo de gerador também é constituído por três conjuntos de bobinas dispostas simetricamente no espaço, defasadas, também, em 120º. Para que tenhamos V1=V2=V3, as três bobinas devem ter o mesmo número de enrolamentos e a mesma espessura de fio. A Figura 6 mostra esse tipo de geração. V1

V2

11

V3

12

13

360º 1 Ciclo 120º

120º

V1

120º

120º

V2

V3 Tempo

1

2

3

4

5

6

Figura 6 - Sistema trifásico Fonte: WEG, 2005c

Esse sistema tem maior eficiência para utilização na indústria simplesmente por ter as três fases defasadas, aumentando, consequentemente, a tensão de trabalho (220V, 380V, 440V e 760V), dependendo do tipo de ligação que façamos. Outro motivo de eficiência decorre do fato de o sistema ser equilibrado, isto é, as tensões em cada fase são iguais entre si. Os motores trifásicos têm o mesmo tamanho de um monofásico, mas possuem uma potência maior e constante, obtendo, assim, uma economia de energia, enquanto o motor monofásico possui uma potência pulsante, não estabilizada.

VOCÊ SABIA?

A corrente alternada (CA) foi adotada para transmissão de energia elétrica a longas distâncias devido à facilidade relativa para ter o valor de sua tensão alterada por intermédio de transformadores. Além disso, as perdas em CA são bem menores do que em corrente contínua (CC).

2.1.8 ATUAÇÃO DO GERADOR Para o caso de o gerador atuar a vazio (rotação constante), a tensão de armadura dependerá do fluxo magnético gerado pelos polos de excitação, ou , ainda, da corrente que circula pelo enrolamento de campo.

23

24


CARGA PURAMENTE RESISTIVA 2

É a resistência de uma carga que varia de acordo com tensão x corrente de forma linear.

Uma carga resistiva, quando tem uma carrente de carga, gera uma campo magnético. O gerador quando alimenta uma carga puramente resistiva 2, gera um campo magnético polos defasados 90º em atraso em relação aos polos principais, como mostra a Figura 7. Esses polos exercem sobre os polos induzidos uma força contrária ao movimento, gastando potência mecânica para que o rotor possa girar. Polo Norte

CARGA PURAMENTE INDUTIVA 3

É a resistência de uma carga que varia de acordo com tensão x corrente de forma não linear. Por exemplo, motores e transformadores que produzem potência reativa com corrente atrasada em relação à tensão.

4

CORRENTE DE EXCITAÇÃO

É a corrente que passa no ramo magnetizante (bobinas).

N

S

N

S Polo Sul

Figura 7 - Gerador para carga puramente resistiva Fonte: WEG, 2005c

Já com a carga puramente indutiva 3, a corrente de carga está atrasada em 90º com relação à tensão, e o campo da armadura estará, consequentemente, na mesma direção do campo principal, mas com polaridade oposta, como mostra a Figura 8.

S 5

CARGA PURAMENTE CAPACITIVA

N

É a resistência de uma carga que varia de acordo com tensão x corrente de forma não linear.

S N

Figura 8 - Gerador com uma carga puramente indutiva Fonte: WEG, 2005c

Este tipo de máquina gera um efeito desmagnetizante. As cargas indutivas armazenam energia em seu campo indutor e a devolvem totalmente ao gerador, sem exercer nenhum conjugado frenante sobre o induzido. Neste caso, só é necessária energia mecânica para compensar as perdas. O que aumenta consideravelmente é a corrente de excitação4 necessária para manter a tensão nominal. No gerador com uma carga puramente capacitiva 5, a corrente de armadura para uma carga capacitiva está adiantada em 90º com relação à tensão. Consequentemente, o campo de reação da armadura estará na mesma direção do campo principal e com a mesma polaridade, como mostra a Figura 9. Este tipo de máquina gera um efeito magnetizante. As cargas capacitivas armazenam energia em seu campo elétrico e a devolvem totalmente ao gerador, sem exercer também nenhum conjugado (torque) de frenagem sobre o campo induzido. Devido ao efeito magnetizante, será necessário reduzir a corrente de excitação para manter a tensão nominal.


N N

S S

Figura 9 - Carga puramente capacitiva Fonte: WEG, 2005c

A Figura 10 mostra a variação de corrente de excitação para manter a tensão de armadura constante.

I exc.

i v a d u t n i g a i v a C a r s i s t o r e g r C a

C ar g a C ap a c it i va

Uf Figura 10 - Comparação das correntes de excitação Fonte: WEG, 2005c

Na prática, encontramos as cargas com defasagem intermediária entre totalmente resistiva, indutiva ou capacitiva. Neste caso, o campo induzido pode ser decomposto em dois campos: um transversal e outro magnetizante ou desmagnetizante. Somente o campo transversal tem um efeito frenante, consumindo, dessa forma, a potência mecânica da máquina acionante. A partir da geração, a energia elétrica é enviada para residências e indústrias onde, dependendo da tensão que sai do gerador, é rebaixada pelos transformadores até chegar a uma tensão de trabalho apropriada. A partir daí, uma aplicação da tensão na indústria é a energização de máquinas e motores elétricos.

VOCÊ SABIA?

Veja uma simulação de funcionamento do campo girante no site http://www.walter-fendt.de/ph14e/accircuit.htm.

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2.2 COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA De acordo com a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), a cogeração é um processo de produção combinada de calor e energia elétrica a partir de um mesmo combustível, capaz de produzir benefícios sociais, econômicos e ambientais.

VOCÊ SABIA?

A atividade de cogeração contribui efetivamente para a racionalização energética, uma vez que possibilita maior produção de energia elétrica e térmica a partir da mesma quantidade de combustível.

A cogeração, tanto na geração da energia térmica como em outro tipo de energia, é utilizada diretamente em processos de manufatura, a exemplo de fornos, caldeiras e outros. A cogeração é o reaproveitamento dos resíduos da energia dessas fontes para a geração de energia elétrica, diminuindo, como consequência, as perdas e aumentando o rendimento e o aproveitamento das fontes de energia. Desse modo, a cogeração é a forma mais eficiente de gerar calor e energia elétrica a partir de uma mesma fonte de energia.

CASOS E RELATOS “Fazendas de vento” Aproveitar a força dos ventos para a geração de energia elétrica apresentase, cada vez mais, como forma de diversificar a matriz energética mundial frente aos impactos ambientais decorrentes do uso de combustíveis fósseis, hidrelétricas, termelétricas e usinas nucleares. Seguindo essa tendência mundial, foi construído e já está em operação, desde 2006, o Complexo Eólico de Osório, no Estado do Rio Grande do Sul, que atualmente é a maior usina eólica da América Latina. A geração de energia produzida pela “fazenda de vento” de Osório complementa o Sistema Integrado Nacional e poderá atender o consumo residencial de cerca de 650 mil pessoas quando estiver em pleno funcionamento. O Parque de Osório possui 75 aerogeradores gigantes, instalados em torres de concreto com 810t, alcançando 135m de altura na ponta da hélice (corresponde a um prédio de 45 andares). Cada aerogerador tem 71m de diâmetro de rotor e varre uma área de 3.959m2 com suas três pás, produzindo 2MW de potência. A cada 100MW médios gerados por parques eólicos são economizados 40m3/s de água na cascata do Rio São Francisco, segundo o Ministério de Minas e Energia. Um ano de geração de energia do Parque Eólico de Osório equivale à redução de emissão de 148.324 toneladas métricas de dióxido de carbono. Lembrando que 1 tonelada métrica é igual a 103 Kg.


RECAPITULANDO Neste capítulo estudamos os conceitos atribuídos aos sistemas elétricos, importantes para o entendimento da produção, transformação e transporte da energia elétrica para o sistema industrial ou residencial. Vimos como é o funcionamento de um sistema trifásico, mostrando as etapas de funcionamento para gerar a energia. Vimos que os diferentes tipos de geradores existentes que podem apresentar carga indutiva, resistiva, capacitiva ou intermediária, e observamos algumas características das fontes geradoras de energia elétrica. Estudamos o conceito e o funcionamento da coogeração de energia, mostrando os benefícios que são possíveis com a consequência da geração da energia primária.

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Motores elétricos

3 Um motor elétrico é capaz de transformar a energia elétrica em energia mecânica, utilizando normalmente o princípio do campo magnético. Conforme as características funcionais e de construção, os motores podem ser classificados genericamente como: (a) de corrente contínua, (b) alternados de indução ou assíncronos e (c) alternados síncronos. Este texto apresentará em detalhes apenas os motores de indução trifásicos, mas muitas perguntas existem: Como é o funcionamento básico de um motor elétrico? Como se origina o movimento deste motor? O que é rendimento de um motor? O que é torque? A seguir, apresentamos um breve histórico.

3.1 HISTÓRICO SOBRE MOTORES ELÉTRICOS A história do motor elétrico tem início em 1600, quando o cientista inglês William Gilbert publicou, em Londres, a obra intitulada De Magnete, descrevendo a força de atração magnética. Porém, o fenômeno da eletricidade estática já havia sido observado pelo filósofo grego Tales de Mileto, em 641 a.C., quando atritou uma peça de âmbar com um pedaço de pano. Ele verificou que a peça de âmbar tinha adquirido a propriedade d e atrair corpos leves como pelos, penas, cinzas etc. Séculos se passaram, e em 1820 o físico dinamarquês Hans Christian Oersted, ao fazer experiências com correntes elétricas, verificou 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 permitiu a Oersted reconhecer a íntima relação entre o magnetismo e a eletricidade, dando, assim, o primeiro passo em direção ao desenvolvimento do motor elétrico. Baseado nessa importante descoberta do físico dinamarquês, o sapateiro inglês William Sturgeon que, paralelamente a sua profissão, estudava eletricidade nas horas de folga, constatou, em 1825, que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor elétrico transformavase em ímã quando se aplicava uma corrente elétrica. Sturgeon observou também que a força do ímã cessava tão logo a corrente fosse interrompida. Assim, surgia o eletroímã, que seria de fundamental importância na construção de máquinas elétricas girantes.

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Já no ano de 1833, o inglês W. Ritchie inventou o comutador, construindo um pequeno motor elétrico no qual um núcleo de ferro enrolado girava em torno de um ímã permanente. Desde 1833, um dos problemas dos motores era o rendimento da transformação da energia elétrica em mecânica, e, portanto, grandes esforços foram feitos para alcançar o objetivo de uma máquina que fizesse essa transformação com o menor desperdício de energia possível. Desse modo, chegou-se ao motor elétrico de indução de gaiola. No entanto, a busca pela melhoria do rendimento continua. Atualmente, os pesquisadores investigam uma antiga ideia, que é a utilização de ímãs permanentes, agora com preços mais acessíveis, e imãs mais potentes. A utilização de ímãs dentro do rotor reduz a indução de corrente e, como consequência, o fluxo eletromagnético no rotor, resultando em menor aquecimento do motor. Com essa configuração, é possível obter um rendimento do motor entre 95% e 97%, de acordo com a carcaça. Isso indica que as perdas nesse tipo de motor não ultrapassam 5% do total de energia absorvida da rede, economizando, assim, energia. Além da redução de aquecimento gerado, o pacote de chapas com menores densidades de fluxo pode fornecer a mesma potência mecânica, utilizando menos material ativo e reduzindo o tamanho da carcaça do motor. Assim, esse tipo de motor contribui com a eficiência energética não apenas para o usuário, mas também para toda a cadeia de produção, pois é necessária uma quantidade menor de chapas de aço e ferro fundido. A redução do material de produção do motor representa uma grande redução do impacto energético do motor em operação.

3.2 EVOLUÇÃO DO MOTOR ELÉTRICO O desenvolvimento de condutores esmaltados, papéis ou filmes isolantes sintéticos, chapas magnéticas, ligas de alumínio e materiais plásticos contribuiu notoriamente para a redução da relação peso x potência dos motores elétricos, como mostra a Figura 11. Evolução do motor trifásico AEG (relação peso/potência)

88 kg/kW 67 kg/kW 42 kg/kW 29 kg/kW 21 kg/kW 19kg/kW 12 kg/kW 12 kg/kW

11 kg/kW 7,5 kg/kW 6,8 kg/kW

1 6 9 1 9 9 9 0 8 8 8 9 1 1 1 1

6 0 4 2 3 2 9 9 9 1 1 1

1 4 9 1

4 5 9 1

Figura 11 - Evolução do motor elétrico Fonte: WEG, 2005e

4 6 9 1

4 8 9 1

3 MOTORES ELÉTRICOS

Observe a variação do peso de um motor de mesma potência no decorrer do tempo. Verificamos que o motor atual tem apenas 8% do peso de seu antecessor, fabricado em 1891, de acordo com a Figura 11. Além disso, confrontando os dados de catálogos de diferentes fabricantes em diferentes épocas, constatamos que houve uma redução de peso e, consequentemente, uma redução do tamanho construtivo do motor (para uma mesma potência) de, aproximadamente, 20% a cada década. A exceção ocorre nas duas últimas, pois a redução foi menos acentuada. Isso mostra a necessidade de revisão periódica das normas, para que possamos adaptar a relação entre potências e carcaças aos tamanhos alcançados por meio do desenvolvimento tecnológico. A evolução tecnológica é caracterizada, principalmente, pelo desenvolvimento de novos materiais isolantes que suportam temperaturas mais elevadas. Atualmente, os motores elétricos estão presentes em praticamente todas as instalações industriais, comerciais e residenciais, desde os minúsculos motores que acionam os discos rígidos dos computadores até uma infinidade de motores que acionam nossos eletrodomésticos, chegando até aos enormes motores que movimentam bombas, compressores, ventiladores, moinhos, extrusoras e outras tantas aplicações. Entretanto, independentemente do tamanho e de sua aplicação, todos têm algo em comum: precisam de energia elétrica para produzir trabalho. Se, por um lado, é inevitável o consumo de energia elétrica para a utilização dos motores, por outro a escolha adequada e alguns cuidados especiais no seu uso podem economizar muita energia. Como a indústria necessita de motores para o acionamento das mais variadas cargas, os fabricantes produzem uma grande quantidade de equipamentos com essas características. Podemos constatar essa realidade no campo de acionamentos industriais.

VOCÊ SABIA?

Estima-se que entre 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica, por meio dos motores elétricos. Isso significa que, admitindo-se um rendimento médio da ordem de 80% do universo de motores em aplicações industriais, 15% da energia elétrica industrial transforma-se em perdas nos motores.

3.3 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA MONOFÁSICOS Os motores monofásicos são assim chamados porque seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução trifásicos em locais onde não dispomos de alimentação trifásica, tais como residências, escritórios, oficinas e zonas rurais. Apenas se justifica sua utilização para baixas potências (1 a 2kW ).

31

32


Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, destacamos os motores com rotor tipo gaiola, devido à simplicidade de fabricação e, principalmente, por sua robustez, facilidade e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, esses motores não possuem um campo girante como os motores trifásicos, mas um campo magnético pulsante. Isso impede que tenham um bom torque, considerando que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator.

VOCÊ SABIA?

Para solucionar o problema de arranque em motores monofásicos, devemos utilizar enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque.

3.4 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA TRIFÁSICOS O motor de indução trifásico é o tipo mais usado tanto na indústria quanto no ambiente doméstico, porque a maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica são trifásicos de corrente alternada. A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2kW. Para potências inferiores, justifica-se o monofásico. O motor de indução trifásico apresenta vantagens em relação ao monofásico, como arranque mais fácil, menor ruído e custo mais baixo para potências superiores a 2kW. Nos sistemas trifásicos, as tensões padronizadas no Brasil são: 220, 380, 440, 660 e 760V. Os motores trifásicos são ligados às três fases, com ou sem neutro.

3.4.1 MOTORES SÍNCRONOS Os motores síncronos são motores de velocidade constante e proporcional com a frequência de rede. Os polos do rotor seguem o campo girante imposto ao estator pela rede de alimentação trifásica. Assim, a velocidade do motor é a mesma do campo girante. Basicamente, o motor síncrono é composto de um campo girante e de um rotor bobinado que é excitado por uma tensão CC. Essa tensão de excitação gera um campo estacionário no rotor que, interagindo com o campo girante, produz um conjugado (torque) no eixo do motor com uma rotação igual ao próprio girante. O maior conjugado que um motor pode fornecer está limitado pela máxima potência que pode ser cedida antes da perda de sincronismo, isto é, quando a velocidade do rotor se torna diferente da velocidade do campo girante, ocasionando a parada do motor (tombamento). A excitação determina também as porcentagens de potência ativa e reativa que o motor retira da rede para cada potência mecânica solicitada pela carga. Este motor é utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando necessitamos de velocidade invariável.

3 MOTORES ELÉTRICOS

Os motores síncronos têm sua aplicação restrita a acionamentos especiais, que requerem velocidades invariáveis em função da carga. Sua utilização com conversores de frequência pode ser recomendada quando necessitamos de uma variação de velocidade aliada a uma precisão de velocidade mais apurada. Para determinar a rotação do motor síncrono, podemos utilizar a seguinte fórmula: Ns = 120.f = 60.f 2P p Em que: Ns = Rotação síncrona (rpm) f = frequência (Hz) 2P = número de polos do motor p = número de pares de polos do motor. A partir dessa fórmula, a Tabela 3 mostra algumas rotações estabelecidas, de acordo com a frequência e o número de polos do motor. Tabela 3: Velocidade do motor em rpm de acordo com o número de polos e frequência de funcionamento Nº DE POLOS

60HZ

50HZ

2

3.600

3.000

4

1.800

1.500

6

1.200

1.000

8

900

750

10

720

600

Fonte: Autor

3.4.2 MOTORES ASSÍNCRONOS Os motores assíncronos também são conhecidos como motores de indução. Por serem robustos e mais baratos, são os mais empregados na indústria. Nesses motores, o campo girante tem a velocidade síncrona como se fosse um motor síncrono. Teoricamente, para o motor girando a vazio e sem perdas o rotor teria a velocidade síncrona. Entretanto, ao ser aplicado o conjugado ao motor, seu rotor diminuirá a velocidade na justa proporção necessária para que a corrente induzida pela diferença de rotação entre o campo girante e o rotor passe a produzir um conjugado eletromagnético, igual e oposto ao conjugado externamente aplicado. A rotação do eixo do rotor é expressa por: n=

120 f . (1 - s ) = 60f . (1 - s ) 2P p

Em que: n = Rotação assíncrona (rpm) f = frequência (Hz)

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Automação Industrial - Acionamento de Dispositivos Atuadores Vol. 01

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