0 MA Elemento-Textual---Máquinas-e-Acionamentos-Elétricos

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<p>MÁQUINAS E ACIONAMENTOS</p><p>ELÉTRICOS</p><p>Cícero Augusto de Souza</p><p>,</p><p>2</p><p>SUMÁRIO</p><p>1.TÓPICOS DE MOTORES ELÉTRICOS MONOFÁSICOS ................................. 3</p><p>2 TÓPICOS DE MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS ..................................... 18</p><p>3.DIAGRAMA DE COMANDO .................................................................... 34</p><p>4 CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES ELÉTRICOS ...................................... 55</p><p>5 PARTIDA, CONTROLE E PARADA ELETRÔNICA DE MOTORES ................. 76</p><p>6 ACIONAMENTO DE MOTORES CC E MOTORES DE PASSO .................... 101</p><p>,</p><p>3</p><p>1.TÓPICOS DE MOTORES ELÉTRICOS MONOFÁSICOS</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, neste bloco vamos estudar a aplicação prática de motores elétricos</p><p>monofásicos, envolvendo tipo de motores, vantagens e desvantagens de cada tipo. Os</p><p>motores elétricos monofásicos são bastante presentes em instalações residenciais e</p><p>comerciais de pequeno porte. Por conta disso, é muito importante detalharmos a</p><p>operação dessas máquinas. Esse é o objetivo desse bloco bem como passar ao aluno</p><p>tópicos de normatização e segurança elétrica</p><p>1.1 Motores de Indução</p><p>Fatores de Seleção e Tipos de Motores Elétricos</p><p>No momento da seleção de motores elétricos, temos que levar em conta diversos</p><p>fatores. Abaixo, podem ser vistos os principais critérios a ser levados em consideração</p><p>para a seleção de um motor.</p><p> Alimentação: CA ou CC, frequência etc.;</p><p> Local a ser instalado: Altitude, temperatura etc.;</p><p> Tipo de Carga e condições de operação: potência da carga, rotação, ciclos do</p><p>processo de operação etc.;</p><p> Consumo e Manutenção: Depende da importância do motor, disponibilidade</p><p>do local e econômicas etc.;</p><p> Tipos de Controle: Velocidade, torque, partida etc.;</p><p>Os motores elétricos podem ser em corrente contínua ou alternada. Os motores em</p><p>corrente alternada são os mais difundidos no mercado por conta da facilidade de</p><p>alimentação (rede). Os motores trifásicos assíncronos são os mais aplicados na</p><p>indústria devido ao custo reduzido e robustez.</p><p>,</p><p>4</p><p>Motores de Indução com 2, 4 e 6 terminais</p><p>Os motores com 2 terminais só podem funcionar com um único valor de tensão</p><p>nominal, pois não há como termos opções de ligações para tensões diferentes. Nesses</p><p>motores não há como inverter o sentido de rotação.</p><p>Já nos motores com 4 terminais, o enrolamento é dividido em 2 partes iguais. Nesse</p><p>tipo de conexão é possível ligar o motor em 2 níveis de tensão.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.1 - Esquema de Ligação Motor Monofásico - 4 Terminais</p><p>Como pode ser visto na Figura 1.1, os terminais 1 e 2 são conectados a uma metade e</p><p>os terminais 3 e 4 à segunda metade do enrolamento. Assim, podemos conectar o</p><p>motor em uma tensão maior ou menor. Conectando 2 e 3 temos a tensão maior e</p><p>conectando 1 com 3 e 2 com 4 temos a tensão menor. Nesse tipo de ligação também</p><p>não é possível a inversão do sentido de rotação.</p><p>Os motores de 6 terminais também podem funcionar em 2 tensões diferentes e o</p><p>sentido de rotação também pode ser invertido.</p><p>Os terminais de 1 até 4 são conectados às duas metades do enrolamento, similar aos</p><p>motores de 4 terminais. Os terminais 5 e 6 pertencem a uma ligação à parte e a função</p><p>dele é controlar o sentido de rotação do motor.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.2 - Terminais de um Motor de 6 Terminais – Maior Tensão</p><p>,</p><p>5</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.3 - Terminais de um Motor de 6 Terminais - Menor Tensão</p><p>Motores de Indução Monofásicos Especiais</p><p>Esses motores de indução podem ser Shaded pole, Split phase e com capacitores</p><p>auxiliares.</p><p>Os motores Shaded pole são conhecidos como motores de polos sombreados ou</p><p>campo distorcido. Em sua construção, cada polo tem uma parte abraçada por uma</p><p>espira em curto-circuito. A corrente que é induzida nessa espira faz o fluxo que a</p><p>atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte em que a espira não abraça.</p><p>Daí sai o torque da máquina. Essa espira é conhecida como espira sombra.</p><p>Os motores de fase dividida (split phase) possuem um enrolamento principal e outro</p><p>auxiliar (somente para partida). Esses enrolamentos são defasados de 90°. Esse</p><p>defasamento faz com que um torque seja produzido para iniciar a rotação e</p><p>aceleração. Após motor atingir a velocidade de regime, o enrolamento auxiliar é</p><p>retirado de operação.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.4 - Motor fase dividida</p><p>,</p><p>6</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 1.5 - Ilustração de Motor Monofásico Fase Dividida</p><p>Já os motores com capacitor de partida funcionam de forma parecida ao de fase</p><p>dividida. A diferença é a presença de um capacitor em série com o enrolamento</p><p>auxiliar de partida. Por conta do capacitor, conseguimos o aumento do torque de</p><p>partida. Após a partida e o motor atingirem uma determinada velocidade, o circuito</p><p>auxiliar é desligado.</p><p>Existem também os motores com capacitor permanente. Nesse caso, o enrolamento</p><p>auxiliar e o capacitor ficam permanentes ligados. O capacitor cria condições de um</p><p>fluxo similar ao das máquinas trifásicas, aumento o torque, rendimento e o fator de</p><p>potência. Essa aplicação de motores limita-se a uma potência máxima de 1,5 CV,</p><p>principalmente por conta de torque de partida reduzido.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.6 - Motor capacitor Permanente</p><p>,</p><p>7</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.7 - Curva Torque x Rotação - com capacitor permanente</p><p>1.2 Motor Universal e Identificação das bobinas de um motor monofásico</p><p>O motor universal é muito difundido em eletrodomésticos e em ferramentas portáteis.</p><p>O funcionamento desse tipo de motor é diferente do motor de indução. Ele pode</p><p>operar em CA ou CC, por conta disso é chamado de universal. Construtivamente ele é</p><p>um motor CC série. Normalmente são limitados a poucos cavalos de potência, por</p><p>conta de faíscamentos e perda do rendimento.</p><p>A Figura 1.8 a seguir ilustra esse tipo de motor.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.8 - Motor Universal</p><p>,</p><p>8</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 1.9 - Ilustração de um motor universal</p><p>Os motores monofásicos com fase auxiliar são os mais utilizados no mercado. A</p><p>identificação das bobinas desses motores são conforme a Figura 1.10.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.10 - Bobinas do Motor Monofásico</p><p>O enrolamento principal é seccionado e se apresenta como 2 bobinas. O início das</p><p>bobinas são os terminais 1 e 3 e, consequentemente, o final são os terminais 2 e 4. O</p><p>enrolamento auxiliar tem início no terminal 5 e termina no 6.</p><p>Para identificar as bobinas nesses motores, devemos medir a resistência ôhmica entre</p><p>cada terminal. A bobina com maior resistência, identificamos como bobina auxiliar. E,</p><p>como consequência, as demais bobinas são as principais.</p><p>Agora, temos que medir a polaridade das bobinas. Devemos conectar as bobinas</p><p>conforme a Figura 1.11 e aplicar a tensão nominal delas e medir a corrente.</p><p>,</p><p>9</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.11 - Polaridades dos enrolamentos principais</p><p>Na sequência, invertemos uma das bobinas e medimos a corrente novamente,</p><p>conforme Figura 1.12.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 1.12 - Polaridade dos enrolamentos principais</p><p>Assim, identificamos como 1, 2, 3 e 4, na sequência, a ligação das bobinas que</p><p>apresentou a menor corrente.</p><p>Exercício - Dimensione o capacitor de partida para um motor de indução monofásico</p><p>de 2 CV; 60 Hz; fator de potência 0,88; rendimento de 90%; Ip/In igual a 6 com um</p><p>tempo de 2 segundos para partir e tensão nominal de 220 V. Especifique também o</p><p>contator, relé térmico e o fusível a ser utilizado para acionamento dele. Esquematizar</p><p>também o circuito de força e comando dessa partida.</p><p>,</p><p>10</p><p>Solução:</p><p>Cálculo da corrente nominal desse motor:</p><p>𝑰𝑵 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>𝑽𝒏. 𝒇𝒑. 𝜼</p><p>=</p><p>𝟐. 𝟕𝟑𝟔</p><p>𝟐𝟐𝟎. 𝟎, 𝟖𝟖. 𝟎, 𝟗𝟎</p><p>= 𝟖, 𝟒𝟓 𝑨</p><p>Para calcularmos o capacitor de partida, devemos determinar</p><p>(If) devem satisfazer:</p><p> If Deve ser maior ou igual a 1,20xIn;</p><p> 𝟎, 𝟓𝟖. 𝑰𝒇 ≤ 𝑰𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 (𝒇𝒂𝒃𝒓𝒊𝒄𝒂𝒏𝒕𝒆) (somente K1 e K2)</p><p> 𝟎, 𝟓𝟖. 𝑰𝒇 ≤ 𝑰𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒂 𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝒓𝒆𝒍é 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐 (𝒇𝒂𝒃𝒓𝒊𝒄𝒂𝒏𝒕𝒆)</p><p>,</p><p>74</p><p>Fonte: WEG, S.D.</p><p>Sabe-se que:</p><p>𝑰𝒇 ≥ 𝟏, 𝟐𝟎. 𝟔𝟎, 𝟓 = 𝟕𝟐, 𝟔 𝑨</p><p>E que, conforme catálogo do fabricante (WEG), as correntes máximas dos fusíveis dos</p><p>componentes especificados anteriormente (contatores e relé térmico) vale 80/100 A</p><p>respectivamente.</p><p>Assim, o fusível adotado será de 80 A. Desta forma, ele atende às premissas.</p><p>A lista de componentes ficará:</p><p> 01 Contator tripolar 40 A com no mínimo 2 contatos NA</p><p> 01 Contator tripolar 40 A com no mínimo 1 contato NA e 1 NF</p><p> 01 Contator tripolar 25 A com no mínimo 1 contato NA e 1 NF</p><p> 01 Relé Térmico de sobrecarga 32 a 50 A</p><p> 03 Fusíveis 80 A</p><p>,</p><p>75</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco nós vimos os principais métodos de partidas de motores</p><p>elétricos trifásicos utilizados no mercado. Esses métodos são os aplicados com</p><p>componentes eletromecânicos e técnicas de redução de tensão não eletrônicas. Com o</p><p>material desse bloco é possível analisar e decidir sobre qual sistema de partida utilizar</p><p>e o seu custo-benefício.</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>DRB ACESSORIA E CONSULTORIA. Sistema de Partidas de Mototres. S.D. Disponível</p><p>em: <http://www.drb-m.org/ce/7-Sistema-de-partidas.pdf>. Acesso em: 5 abr. 2021.</p><p>FRANCHI, C. M. Acionamento Elétrico. São Paulo: Érica, 2008.</p><p>PETRUEZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre: McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO – USP. E-Disciplinas USP. S.D. Disponível em:</p><p><https://bit.ly/3wIfQmo>. Acesso em: 6 abr. 2021.</p><p>WEG. Disjuntor-motor AZ MPW40-3-U016. S.D. Disponível em:</p><p><https://bit.ly/3Bk8lWn>. Acesso em: 2 abr. 2021.</p><p>WISE TRANSFORMADORES. Autotransformadores Trifásicos de Partida. S.D.</p><p>Disponível em: <https://www.wisetransformadores.com.br/autotransformadores-</p><p>trifasicos-de-partida>. Acesso em: 5 abr. 2021.</p><p>http://www.drb-m.org/ce/7-Sistema-de-partidas.pdf</p><p>https://bit.ly/3wIfQmo</p><p>https://www.wisetransformadores.com.br/autotransformadores-trifasicos-de-partida</p><p>https://www.wisetransformadores.com.br/autotransformadores-trifasicos-de-partida</p><p>,</p><p>76</p><p>5 PARTIDA, CONTROLE E PARADA ELETRÔNICA DE MOTORES</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, com o avanço da eletrônica de potência, o custo das chaves</p><p>eletrônicas está diminuindo cada vez mais. Por isso, a aplicação desses dispositivos</p><p>está ficando mais viável para as instalações de uma forma geral. Neste bloco, vamos</p><p>estudar os métodos de operação de motores elétricos de pequeno, médio e grande</p><p>porte com chaves eletrônicas. Vamos apresentar os dispositivos utilizados para essa</p><p>finalidade, tais como o inversor de frequência e soft-starters.</p><p>O objetivo desse bloco também é dar subsídios ao aluno para especificação e</p><p>dimensionamento desses dispositivos. Vamos abordar o assunto com exercícios de</p><p>aplicação sobre o tema. Vamos lá?!</p><p>5.1 Soft-starters: Princípio de funcionamento, principais funções, proteções e formas</p><p>de ligação</p><p>Os soft-starters são utilizados para comando de motores (tanto CA como CC),</p><p>garantindo a aceleração e desaceleração progressiva suavizando os picos de corrente</p><p>de partida.</p><p>Basicamente, os soft-starters são utilizados em operações que requerem partida e</p><p>parada suaves de motores elétricos.</p><p>Fonte: WEG, S.D.</p><p>Figura 5.1 - Soft-starter - SSW07 - WEG</p><p>,</p><p>77</p><p>O tempo para atingir a tensão total do equipamento é ajustável. De uma forma geral</p><p>fica entre 2 e 30 segundos. Com esse controle eletrônico da tensão durante a partida,</p><p>não há um grande pico de corrente. Esse ajuste deve ser feito conforme a carga.</p><p>Também é possível configurar uma limitação para a corrente de partida, geralmente</p><p>entre 200 e 400% da corrente nominal do motor.</p><p>A figura a seguir apresenta o esquema de partida com um soft-starter:</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 5.2 - Esquema partida soft-starter</p><p>Os principais modos de operação normais para esse controle são:</p><p>Soft start  Abrange as aplicações gerais. É configurado pelo usuário um torque inicial</p><p>para o motor. A partir desse ajuste, a tensão de saída do motor é aumentada</p><p>linearmente durante o tempo da rampa de aceleração, que é ajustável pelo usuário;</p><p>Ajuste do impulso inicial  Fornece um impulso na partida para vencer a inércia de</p><p>cargas que podem exigir um torque mais alto ao ligar. Com esse ajuste, é possível</p><p>diminuir o pico da corrente durante o período selecionado;</p><p>,</p><p>78</p><p>Limitação da corrente de partida  Esse método fornece uma partida com a limitação</p><p>do pico de corrente. Nesse modo, é possível ajustar a corrente e o tempo de partida;</p><p>Partida em rampa dupla  Esse modo é útil em aplicações com cargas variáveis. A</p><p>partida com rampa dupla oferece ao usuário a possibilidade de escolher entre dois</p><p>perfis de partida com tempos de rampa e torques ajustáveis separadamente.</p><p>Mais exemplos de modo de operação são:</p><p> Partida com tensão máxima;</p><p> Aceleração com velocidade linear;</p><p> Parada suave.</p><p>Os soft-starters também possuem parâmetros de proteção de tensão, corrente e</p><p>térmica de motores elétricos. Porém, a proteção contra curtos-circuitos deve ser</p><p>instalada a parte (fusíveis). A seguir, segue um esquema de força de uma partida</p><p>com soft-starter:</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 5.3 - Partida soft-starter</p><p>Os soft-starters são dimensionados conforme a potência e tensão nominal do motor a</p><p>ser controlado.</p><p>,</p><p>79</p><p>5.2 Inversor de frequência: Classificação dos conversores de frequência,</p><p>dimensionamento do inversor e formas de variação de velocidade, conexões e</p><p>aplicações</p><p>O inversor de frequência é um equipamento versátil e dinâmico que permite o uso dos</p><p>MIT para controle de velocidade nas mais diversas aplicações industriais.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 5.4 - Inversor de frequência</p><p>O inversor de frequência controla a velocidade, o torque e o sentido de rotação de um</p><p>MIT. Ele recebe uma alimentação CA com frequência fixa e a converte em CA com</p><p>frequência variável. Podemos simbolizar cada etapa dessa transformação em blocos</p><p>conforme a figura a seguir:</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 5.5 - Diagrama em blocos inversor</p><p>,</p><p>80</p><p>Vamos agora explanar cada bloco:</p><p>Conversor  É um circuito retificador de onda completa que converte CA (rede) e CC;</p><p>Barramento CC  Conecta a saída do retificador na entrada do inversor. O</p><p>barramento CC é como um filtro para suavizar a saída irregular e com ondulação.</p><p>Dessa forma, garante uma saída retificada o mais próximo possível a uma CC pura;</p><p>Inversor  Recebe a tensão CC filtrada e a converte em uma onda CC pulsante com</p><p>polaridades diferentes, assim, é possível obter saídas com frequências variáveis;</p><p>Lógica de acionamento  Gera pulsos necessários para controlar o disparo dos</p><p>dispositivos semicondutores de potência, como os SCR´s e transistores.</p><p>Atualmente, os inversores de frequência utilizam os IGBT´s para o circuito de potência</p><p>e a técnica PWM para a produção da forma de onda na saída para o motor.</p><p>A forma de onda do sinal de saída de um inversor é uma onda trabalhada com a</p><p>modulação PWM que tem o objetivo de simular o comportamento de uma onda AC</p><p>senoidal, porém, não é idêntica. Essa forma de onda contém traços quadrados. Porém,</p><p>pela natureza das cargas motóricas, a forma de onda da corrente do circuito irá ser</p><p>senoidal.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 5.6 - Tensão saída inversor x fundamental</p><p>Quando há a variação da frequência, é necessário manter o torque constante.</p><p>Portanto, temos que ter uma relação V/Hz constante. Por exemplo:</p><p>,</p><p>81</p><p>Dado um motor de 460 VCA e 60 Hz, temos uma relação V/Hz igual a 7,67. Portanto,</p><p>para qualquer valor de frequência entre 0 e 60 Hz, o inversor diminuirá a tensão para</p><p>manter sempre a relação igual. Para frequências acima de 60 Hz, devemos manter a</p><p>tensão aplicada estável, assim o torque irá diminuir.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 5.7 - Curva de acionamento V/Hz</p><p>Essa variação V/Hz para controlar o motor, chamamos de forma escalar. Essa forma de</p><p>controle é a mais usual, porém, não tem precisão quanto a velocidade, mas, de uma</p><p>forma geral, atende as principais cargas. A faixa de frequências operadas normalmente</p><p>vai de 10 a 60 Hz.</p><p>Também é possível utilizar a técnica de controle vetorial. Nesse tipo de controle, é</p><p>possível controlar de uma forma mais precisa a velocidade do MIT através de uma</p><p>realimentação do sistema de controle. Essa realimentação pode ser um dispositivo</p><p>para medição de velocidade do eixo do motor. Esses tipos de inversores são mais</p><p>caros, mas para aplicações específicas são bem úteis.</p><p>5.3 Teoria do controle vetorial de MIT para controle de posição e aplicação nos</p><p>inversores</p><p>Um motor de indução apresenta múltiplas variáveis não lineares e características</p><p>altamente acopladas. A técnica de controle vetorial, também é conhecida como</p><p>controle por orientação de campo (FOC), permite que um motor de indução de gaiola</p><p>de esquilo seja acionado com elevado desempenho dinâmico, comparável à</p><p>característica de um motor CC. Essa técnica desacopla as duas componentes de</p><p>corrente do estator:</p><p>,</p><p>82</p><p>- Uma fornece o fluxo do entreferro;</p><p>- A outra produz o torque.</p><p>Assim, é proporcionado um controle independente do fluxo e do torque, e a</p><p>característica de controle é linearizada. As correntes do estator são convertidas em um</p><p>sistema de referência de rotação síncrona fictício, alinhado com o vetor de fluxo, e são</p><p>transformadas de volta para as coordenadas do estator antes da realimentação da</p><p>máquina. Essas duas componentes são a 𝑰𝒅𝒔 no eixo d, análoga à corrente de campo, e</p><p>a 𝑰𝒒𝒔 do eixo q, análoga a corrente da armadura de um motor CC com excitação</p><p>independente. O vetor fluxo concatenado do rotor está alinhado ao longo do eixo d do</p><p>sistema de referência.</p><p>Com um controle vetorial, um motor de indução consegue operar como um motor CC</p><p>com excitação independente. Em uma máquina CC, o torque desenvolvido é dado por:</p><p>𝑻𝒅 = 𝑲𝒕𝑰𝒂𝑰𝒇</p><p>Onde 𝑰𝒂 é a corrente da armadura, e 𝑰𝒇 é a corrente de campo. A construção de uma</p><p>máquina CC é tal que o fluxo concatenado do campo ∅𝒇 produzido por 𝑰𝒇 é</p><p>perpendicular ao da armadura ∅𝒂 produzido por 𝑰𝒂. Esses vetores de fluxo que são</p><p>estacionários no espaço são ortogonais ou desacoplados por natureza.</p><p>Consequentemente, um motor CC tem uma resposta transitória rápida. Entretanto,</p><p>um motor de indução não consegue dar essa resposta rápida por um problema</p><p>inerente de acoplamento. Mas um motor de indução pode apresentar a característica</p><p>da máquina CC se ela for controlada em um sistema de rotação síncrona (𝒅𝒆 – 𝒒𝒆), no</p><p>qual as variáveis senoidais da máquina aparecem como grandezas CC em regime</p><p>permanente.</p><p>A figura a seguir mostra um motor de indução alimentado por inversor com duas</p><p>entradas de controle de corrente: 𝑰𝒅𝒔</p><p>∗ 𝒆 𝑰𝒒𝒔</p><p>∗ são as componentes do eixo-direto e eixo-</p><p>quadratura da corrente do estator, respectivamente, em um sistema de referência de</p><p>rotação síncrona. No controle vetorial, 𝑰𝒒𝒔</p><p>∗ é análoga à corrente de campo 𝑰𝒇, e 𝑰𝒅𝒔</p><p>∗ à</p><p>corrente de armadura 𝑰𝒂 de um motor CC. Assim, o torque desenvolvido de um motor</p><p>de indução é dado por: 𝑻𝒅 = 𝑲𝒎∅𝒓𝑰𝒇 = 𝑲𝒕𝑰𝒅𝒔𝑰𝒒𝒔.</p><p>,</p><p>83</p><p>Onde temos:</p><p>∅𝒓 é o valor de pico absoluto do vetor do fluxo concatenado senoidal espacial;</p><p>𝑰𝒒𝒔 é a componente de campo;</p><p>𝑰𝒅𝒔 é a componente de torque.</p><p>Fonte: RASHID, 2010.</p><p>Figura 5.8 - MIT alimentado por inversor com controle vetorial</p><p>O diagrama vetor-espaço para o controle vetorial é mostrado na figura abaixo. Onde</p><p>𝑰𝒅𝒔</p><p>∗ é orientada (alinhada) na direção do fluxo do rotor 𝝀𝒓 e 𝑰𝒒𝒔</p><p>∗ deve ser perpendicular</p><p>a ela em todas as condições de operação. Os vetores espaciais giram de forma síncrona</p><p>na frequência elétrica 𝝎𝒆 = 𝝎. Assim, o controle vetorial deve assegurar a orientação</p><p>correta dos vetores espaciais e gerar os sinais de entrada de controle.</p><p>Fonte: RASHID, 2010</p><p>Figura 5.9 - Diagrama vetor-espaço</p><p>,</p><p>84</p><p>A execução de um controle vetorial é ilustrada na figura abaixo. O inversor gera as</p><p>correntes 𝑰𝒂, 𝑰𝒃 𝒆 𝑰𝒄 em resposta às correntes de comando correspondentes 𝑰𝒂</p><p>∗ , 𝑰𝒃</p><p>∗ 𝒆 𝑰𝒄</p><p>∗</p><p>do controlador. As correntes nos terminais da máquina, 𝑰𝒂, 𝑰𝒃 𝒆 𝑰𝒄 são convertidas nas</p><p>componentes 𝑰𝒅𝒔</p><p>𝒔 e 𝑰𝒒𝒔</p><p>𝒔 por transformação de três fases para duas. Estas são, então,</p><p>convertidas no sistema de rotação síncrona (nas componentes 𝑰𝒅𝒔 e 𝑰𝒒𝒔) pelas</p><p>componentes do vetor unitário 𝐜𝐨𝐬 𝜽𝒆 e 𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒆, antes de aplicá-las na máquina. A</p><p>máquina é representada pelas conversões internas no modelo 𝒅𝒆 − 𝒒𝒆.</p><p>O controlador faz dois estágios de transformação inversa, de modo que as correntes</p><p>de controle de linha 𝑰𝒅𝒔</p><p>∗ 𝒆 𝑰𝒒𝒔</p><p>∗ correspondam às correntes da máquina, 𝑰𝒅𝒔 e 𝑰𝒒𝒔,</p><p>respectivamente. Além disso, o vetor unitário (𝐜𝐨𝐬 𝜽𝒆 e 𝐬𝐞𝐧 𝜽𝒆) assegura o</p><p>alinhamento correto da corrente 𝑰𝒅𝒔 com o vetor de fluxo 𝝀𝒓, e a corrente 𝑰𝒒𝒔 é</p><p>perpendicular a ela. É importante observar que, em termos ideais, a transformação e a</p><p>transformação inversa não incorporam quaisquer dinâmicas. Portanto, a resposta a 𝑰𝒅𝒔</p><p>e 𝑰𝒒𝒔 é instantânea, exceto por algum atraso por conta dos tempos de computação e</p><p>amostragem.</p><p>Fonte: RASHID, 2010</p><p>Figura 5.10 - Implementação do Controle Vetorial</p><p>Basicamente, essa teoria foi desenvolvida para termos um inversor que contenha um</p><p>modelo matemático do MIT que consiga controlar a máquina em tempo real. Assim,</p><p>pode-se fazer correções no funcionamento sob qualquer condição de carga.</p><p>,</p><p>85</p><p>O inversor fica constantemente monitorando a corrente nos terminais do motor e o</p><p>movimento mecânico do eixo do motor (externo). Assim, comparando os valores pré-</p><p>determinados no inversor com o que está acontecendo na realidade, o inversor faz as</p><p>correções necessárias para corrigir a velocidade no eixo do motor.</p><p>Para isso, é necessário ter um sistema de controle que receba sinal externo de</p><p>velocidade da máquina, conforme a figura a seguir:</p><p>Fonte: RASHID, 2010</p><p>Figura 5.11 - Controle do Inversor - Vetorial</p><p>A unidade de acionamento vetorial utiliza a realimentação do que está acontecendo</p><p>no motor para alterar a saída do inversor. Ela trabalha no princípio V/Hz, porém, de</p><p>forma mais precisa. Afinal, irá combinar a técnica já explicada com uma realimentação,</p><p>tornando o inversor um elemento ativo no sistema. Ou seja, essas técnicas</p><p>combinadas não controlam somente a magnitude do fluxo do motor, mas também sua</p><p>orientação, por isso o nome de acionamento vetorial.</p><p>O método de acionamento vetorial de fluxo proporciona velocidade e acionamento de</p><p>torque mais precisos do motor. O acionamento vetorial melhora a técnica V/Hz ao</p><p>permitir o acionamento da magnitude e do ângulo entre a tensão e corrente. Os</p><p>inversores vetoriais estão disponíveis em dois tipos:</p><p> Malha aberta;</p><p> Malha fechada.</p><p>,</p><p>86</p><p>A definição entre um ou outra irá depender da forma como ele obtêm as informações</p><p>de realimentação. Os inversores de malha aberta se alimentam de informações que</p><p>são capturadas pelo próprio hardware do inversor e aplicadas no sistema. Os de malha</p><p>fechada recebem um sinal externo.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 5.12 - Inversor vetorial - malha aberta</p><p>O funcionamento desse circuito é o seguinte:</p><p> O escorregamento é a diferença entre a velocidade do rotor e a velocidade</p><p>síncrona do campo magnético que é necessário para produzir o torque do</p><p>motor. O bloco estimador de escorregamento mantém a velocidade do rotor a</p><p>mais próxima possível da desejada;</p><p> O bloco estimador de corrente de</p><p>torque determina o percentual de corrente</p><p>que está em fase com a tensão, fornecendo uma corrente de torque</p><p>aproximada. Isso é usado para estimar a quantidade de escorregamento,</p><p>proporcionando melhor acionamento de velocidade sob carga;</p><p> O ângulo V controla a intensidade da corrente total do motor que vai para o</p><p>fluxo do motor habilitado pelo estimador de corrente de torque. Por meio do</p><p>acionamento deste ângulo, a operação em baixa velocidade e o acionamento</p><p>de torque são melhorados em comparação com unidades V/Hz padrão;</p><p>,</p><p>87</p><p> O acionamento vetorial de fluxo mantém o princípio V/Hz e acrescenta blocos</p><p>para melhorar o desempenho da unidade de acionamento;</p><p> O separador de corrente busca identificar as correntes que produzem o fluxo e</p><p>o torque no motor e disponibiliza esses valores para outros blocos da unidade</p><p>de acionamento;</p><p> O bloco de limitação de corrente monitora a corrente do motor e altera o</p><p>comando de frequência quando ela exceder um valor predeterminado.</p><p>Um inversor vetorial de malha fechada usa um encoder montado no motor ou um</p><p>sensor similar para fornecer ao microprocessador uma indicação da posição do eixo. A</p><p>posição e a velocidade do rotor são monitoradas em tempo real pelo encoder para</p><p>determinar e controlar a velocidade, o torque e a potência real produzidos pelo motor.</p><p>A figura a seguir mostra um inversor desse tipo e encoder.</p><p>Fonte: PETRUZELLA 2013</p><p>Figura 5.13 - Inversor Vetorial malha fechada e encoder</p><p>Uma grande vantagem dessa aplicação é o acionamento de motores e conseguir seu</p><p>torque máximo contínuo com velocidades próximas de zero. Isso faz com que essas</p><p>unidades sejam muito aplicadas para içamento e guindastes.</p><p>,</p><p>88</p><p>5.4 Sistemas de frenagem: frenagem com elemento acoplado, frenagem por</p><p>contracorrente, dinâmica e eletromagnética e dimensionamento de componentes</p><p>Frenagem com elemento acoplado</p><p>Normalmente, esse tipo de sistema de freio é acoplado ao motor. A partir dessa</p><p>característica, os motores com essa característica são conhecidos como motofreio.</p><p>Esse tipo de motor é utilizado em aplicações onde se necessita parar o eixo</p><p>imediatamente após desligar a alimentação elétrica do motor. São exemplos dessas</p><p>aplicações guindastes, elevadores, pontes rolantes, correias transportadoras,</p><p>bobinadeiras etc.</p><p>O freio é acionado através de pastilhas montadas junto a uma mola que, através de</p><p>uma bobina, que é energizada junto com o motor, faz com que a pastilha de freio</p><p>libere o giro do eixo. Ao desligar a energia, a bobina perde sua alimentação e ocorre a</p><p>frenagem do eixo do motor.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 5.14 - Motofreio CA</p><p>Frenagem por Contracorrente</p><p>Nesse tipo de frenagem é aplicada uma reversão momentânea ao motor, fazendo que</p><p>ele experimente uma força tendendo à reversão, mas antes que isso ocorra, a chave</p><p>de frenagem (reversão) é desligada.</p><p>Para a frenagem por contracorrente, é necessário haver intertravamentos que</p><p>impeçam a efetiva reversão do motor, para isso podem ser usados dispositivos de</p><p>monitoramento no eixo do motor que atuam no circuito de comando no caso de haver</p><p>uma tendência de inversão do motor.</p><p>,</p><p>89</p><p>Outra maneira de não haver a reversão é temporizar a chave de frenagem (reversora)</p><p>para acionar e desacionar com um tempo máximo de alguns milissegundos, assim,</p><p>evita a reversão.</p><p>Os contatores utilizados nesse sistema de frenagem devem suportar as correntes e</p><p>esforços elétricos para a operação.</p><p>Fonte: VIEIRA, s.d.</p><p>Figura 5.15 - Esquema elétrico Frenagem por contracorrente</p><p>Frenagem Dinâmica</p><p>Em motores CA, há uma energia excedente gerada quando a carga aciona o motor</p><p>durante a desaceleração, em vez do motor acionar a carga. Essa energia volta para o</p><p>inversor e tem como consequência um aumento da tensão no barramento CC. Se essa</p><p>tensão se elevar muito, o inversor pode sofrer avarias. Portanto, é necessário aplicar</p><p>uma frenagem dinâmica.</p><p>Quando a frenagem dinâmica é utilizada, o inversor conecta a resistência de frenagem</p><p>no barramento CC, conforme figura a seguir, para absorver o excesso de energia. Para</p><p>pequenos motores, a resistência é embutida no inversor, para grandes motores, há a</p><p>necessidade de bancos de resistências externos para essa função.</p><p>,</p><p>90</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 5.16 - Inversor com frenagem dinâmica</p><p>Frenagem CC (Eletromagnética)</p><p>Essa frenagem é baseada na aplicação de corrente contínua ao enrolamento da</p><p>armadura do motor e, com isso, fazendo com que o estator deixe de gerar um campo</p><p>girante e sim um campo magnético fixo que irá parar o rotor. Para esse tipo de</p><p>frenagem, é necessário tomar o cuidado para limitar a corrente contínua aplicada, pois</p><p>ela não pode exceder as características nominais do enrolamento da armadura</p><p>provocando aquecimentos adicionais.</p><p>Alguns modelos de inversores de frequência trazem essa função agregada no</p><p>equipamento para ser utilizada e parar o motor quando desejado.</p><p>5.5 Exercícios de aplicação sobre sistemas de controle, partida e parada de motores</p><p>em CA</p><p>Exercício de aplicação 1:</p><p>Dado um MIT de 30 CV conectado em 380 VCA com rendimento de 94% e fator de</p><p>potência igual a 0,85. Necessita-se determinar as correntes circulantes, de partida e a</p><p>ser ajustadas no relé de proteção FT1 supondo uma partida por chave compensadora.</p><p>,</p><p>91</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008</p><p>Figura 5.17 - Diagrama unifilar da chave compensadora</p><p>Solução:</p><p>No contator K1, temos a corrente:</p><p>IK1 = In</p><p>Como a impedância do motor é constante, sendo aplicadas tensão e corrente nominal,</p><p>temos:</p><p>𝒁 =</p><p>𝑼𝑵</p><p>𝑰𝑵</p><p>Assim, quando aplicarmos tensão reduzida, teremos:</p><p>𝒁 =</p><p>(𝑲. 𝑼𝑵)</p><p>𝑰𝑺</p><p>Como a impedância Z é constante:</p><p>𝑼𝑵</p><p>𝑰𝑵</p><p>=</p><p>(𝑲. 𝑼𝑵)</p><p>𝑰𝑺</p><p>,</p><p>92</p><p>Iremos considerar a potência no primário do autotransformador aproximadamente</p><p>igual a potência do secundário:</p><p>𝑷𝑺 = 𝑼𝑺 . 𝑰𝑺</p><p>𝑼𝑷 = 𝑼𝑵</p><p>𝑷𝑷 = 𝑼𝑷. 𝑰𝑷</p><p>As equações do secundário serão:</p><p>𝑷𝑺 = 𝑼𝑺 . 𝑰𝑺</p><p>𝑼𝑺 = 𝑲. 𝑼𝑵</p><p>𝑰𝑺 = 𝑲. 𝑰𝑵</p><p>Igualando as potências do primário e secundário:</p><p>𝑷𝑺 = 𝑷𝑷 = 𝑼𝑷. 𝑰𝑷</p><p>𝑼𝑺 . 𝑰𝑺 = (𝑲. 𝑼𝑵). 𝑲. 𝑰𝑵 = 𝑼𝑵 . 𝑰𝑲𝟐</p><p>Assim teremos:</p><p>𝑰𝑲𝟐 = 𝑲𝟐 . 𝑰𝑵</p><p>Para calcular a corrente que passa pelo contator K3, temos:</p><p>𝑰𝑺 = 𝑰𝑲𝟐 + 𝑰𝑲𝟑</p><p>𝑰𝑲𝟑 = 𝑰𝑺 − 𝑰𝑷</p><p>𝑰𝑷 = 𝑰𝑲𝟐 = 𝑲𝟐. 𝑰𝑵</p><p>e:</p><p>𝑰𝑺 = 𝑲. 𝑰𝑵</p><p>𝑰𝑲𝟑 = 𝑲. 𝑰𝑵 − 𝑲𝟐. 𝑰𝑵</p><p>,</p><p>93</p><p>Resultando em:</p><p>𝑰𝑲𝟑 = 𝑰𝑵. (𝑲 − 𝑲𝟐)</p><p>A corrente no relé de sobrecarga FT1 é a mesma do contator K1, pois o relé está ligado</p><p>abaixo desse contator e a corrente que circula nele é a mesma do respectivo contator.</p><p>Com isso podemos concluir:</p><p>𝑰𝑲𝟏 = 𝑰𝑵</p><p>𝑰𝑲𝟐 = 𝑲𝟐 . 𝑰𝑵</p><p>𝑰𝑲𝟑 = 𝑰𝑵. (𝑲 − 𝑲𝟐)</p><p>𝑭𝑻𝟏 = 𝑰𝑵</p><p>Onde K é fator de redução do autotransformador;</p><p>A tabela abaixo resume os valores das correntes nos contatores K2 e K3 para diversos</p><p>Taps do autotransformador:</p><p>Tabela 5.1 - Corrente nos contatores - Chave compensadora</p><p>Tap´s (%Vn) Fator de Redução</p><p>(K)</p><p>IK2 IK3</p><p>85 0,85 0,72 x In 0,13 x In</p><p>80 0,80 0,64 x In 0,16 x In</p><p>65 0,65 0,42 x In 0,23 x In</p><p>50 0,50 0,25 x In 0,25 x In</p><p>Fonte: Elaborado pelo autor.</p><p>A redução da corrente de partida será:</p><p>𝑰𝑷 = (</p><p>𝑰𝑷</p><p>𝑰𝑵</p><p>) . 𝑰𝑵. 𝑲²</p><p>Exercício de Aplicação 2: Dimensionamento de Soft-Starters</p><p>Para o correto dimensionamento, geralmente recorremos a especificação e guias de</p><p>fabricantes. Sendo isso indispensável para o correto dimensionamento. Visto que cada</p><p>fabricante tem sua tecnologia. Essas tabelas geralmente relacionam os dados básicos</p><p>(potência do motor, tensão nominal etc.) com o modelo do inversor.</p><p>,</p><p>94</p><p>Dado um sistema com um MIT de 20 CV, tensão nominal de 380 V, fator de potência</p><p>de 0,85 e rendimento de 75%. Dimensionar o soft-starter para partida desse motor.</p><p>Solução:</p><p>Cálculo da corrente nominal:</p><p>𝑰𝑵 =</p><p>𝟐𝟎. 𝟕𝟑𝟔</p><p>√𝟑. 𝟑𝟖𝟎. 𝟎, 𝟖𝟓. 𝟎, 𝟕𝟓</p><p>≅ 𝟑𝟓 𝑨</p><p>Com base na tabela</p><p>do fabricante abaixo:</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013</p><p>Figura 5.18 - Tabela Soft-Starter</p><p>Para efeito de dimensionamento, nesse caso, vamos adotar a pior condição de</p><p>temperatura. Portanto, o modelo definido para as características descrita será o</p><p>45/220-440, que a 55°C tem uma corrente nominal de 38 A e suporta motores com</p><p>potência até 25 CV / 18,5 kW.</p><p>Deve-se ter atenção ao sistema de proteção do motor contra curto-circuito e</p><p>sobrecarga ao utilizar soft-starters. Pois, como após a partida, o soft-starter é</p><p>desativado e o sistema entra em by-pass. Assim, contatores e relés de sobrecarga</p><p>devem ser especificados conforme visto nos blocos anteriores.</p><p>,</p><p>95</p><p>Caso o soft-starter tenha proteção contra sobrecarga incorporado (mais modernos),</p><p>uma proteção contra curto-circuito deverá ser dimensionada externamente (fusíveis).</p><p>O critério pode ser o mesmo dos blocos anteriores.</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013</p><p>Figura 5.19 - Partida com Soft-Starter</p><p>Exercício de Aplicação 3: Dimensionamento do inversor</p><p>Para o correto dimensionamento, devemos saber o modelo, tipo e sua potência</p><p>conforme aplicação. Basicamente, para o correto dimensionamento, devemos utilizar</p><p>tabelas auxiliares de fabricantes. Essas tabelas geralmente relacionam os dados</p><p>básicos (potência do motor, tensão nominal etc.) com o modelo do inversor.</p><p>,</p><p>96</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013</p><p>Figura 5.20 - Tabela Típica de Inversores</p><p>Dado um sistema que possui um motor trifásico, 4 polos, 1 HP, 380 V com rendimento</p><p>de 95% e fator de potência de 0,85. Pretende-se instalar um acionamento com</p><p>possiblidade de variação de velocidade desse motor. Dimensione o inversor de</p><p>frequência para essa aplicação.</p><p>Potência do inversor  Devemos saber qual o motor e carga que ele acionará.</p><p>Exemplo:</p><p>Rede: 380 Vca</p><p>Motor 1 HP</p><p>Tipo de carga: comum</p><p>Levando em consideração a tensão da rede e os inversores (fp = 0,80) teremos:</p><p>𝑰𝒊𝒏𝒗𝒆𝒓𝒔𝒐𝒓 =</p><p>𝑷𝒐𝒕ê𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒎 𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔</p><p>𝒕𝒆𝒏𝒔ã𝒐 𝒓𝒆𝒅𝒆 𝒙 𝒇𝒑</p><p>=</p><p>𝟕𝟒𝟔</p><p>𝟑𝟖𝟎𝒙𝟎, 𝟖𝟎</p><p>= 𝟐, 𝟒𝟓 𝑨</p><p>Tipo de inversor  Vamos adotar escalar. Normalmente, o vetorial é utilizado</p><p>somente em condições de extrema precisão de rotação, torque elevado para baixa</p><p>rotação ou zero (guindastes, pontes rolantes, elevadores etc.).</p><p>,</p><p>97</p><p>Modelo e fabricante  De posse nos dados especificados, temos que acessar</p><p>catálogos de fabricantes e escolher um modelo adequado que atenda aos quesitos</p><p>abaixo:</p><p>Tensão de entrada: 380 Vca</p><p>Tipo: Escalar</p><p>Corrente nominal: 2,45 A</p><p>Exercício de Aplicação 4: Dimensionamento do inversor</p><p>Para o dimensionamento do inversor, é comum também adotar uma técnica que é a</p><p>elaboração de um check-list ou lista de verificação para aplicação do inversor. Essa lista</p><p>pode ser conforme abaixo:</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013.</p><p>Figura 5.21 - Check-list para especificação inversor de frequência</p><p>,</p><p>98</p><p>O check-list acima trata de parâmetros preliminares que avaliam a instalação e o tipo</p><p>de carga. Após essa definição, temos que adotar o check-list das características</p><p>desejadas para o inversor:</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013</p><p>Figura 5.22 - Características do inversor</p><p>As características para manobra da carga, como a potência do motor, a tensão nominal</p><p>e a corrente nominal, podem ser utilizadas na especificação inicial e estão presentes</p><p>nos manuais de inversores, conforme a tabela seguir:</p><p>,</p><p>99</p><p>Fonte: NASCIMENTO, 2013</p><p>Figura 5.23 - Tabela inversores típico de fabricante</p><p>Dado um motor trifásico de indução de 40 CV, 220 V, fator de potência de 0,80 e</p><p>rendimento de 95%. Especificar o inversor de frequência para a partida e controle</p><p>desse motor.</p><p>Solução:</p><p>Cálculo da corrente nominal:</p><p>𝑰𝑵 =</p><p>𝟒𝟎. 𝟕𝟑𝟔</p><p>√𝟑. 𝟐𝟐𝟎. 𝟎, 𝟗𝟓. 𝟎, 𝟖𝟎</p><p>= 𝟏𝟎𝟐 𝑨</p><p>Cálculo da potência aparente aproximada:</p><p>𝑺 = √𝟑. 𝟐𝟐𝟎. 𝟏𝟎𝟐 ≅ 𝟑𝟗 𝒌𝑽𝑨</p><p>Considerando que o torque seja constante (CT), o modelo a ser escolhido conforme</p><p>tabela será:</p><p>,</p><p>100</p><p>Modelo 107/220-230.</p><p>Com base nos parâmetros determinados, é possível compará-los com a tabela do</p><p>fabricante desejado. Basicamente, a seleção de inversores de frequência se dá dessa</p><p>forma, pois cada fabricante possui as características particulares para um dado</p><p>inversor. De posse dos dados nominais do motor e instalação, é possível escolher o</p><p>modelo do inversor propício para o caso.</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco nós vimos os principais métodos de partidas e controle</p><p>utilizando-se de chaves eletrônicas. Vimos, também, aplicações práticas e exercícios de</p><p>aplicação para motores elétricos trifásicos utilizados no mercado. Além disso, pudemos</p><p>observar métodos de controle avançados e frenagem de motores de indução trifásicos</p><p>aplicados na indústria.</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. São Paulo: Érica, 2008.</p><p>NASCIMENTO, G. C. D. Comandos Elétricos: Teoria e Atividades. São Paulo: Érica, 2013.</p><p>PETRUZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre: McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>RASHID, M. H. Eletrônica de Potência: Dispositivos, Circuitos e Aplicação. São Paulo:</p><p>Pearson, 2010.</p><p>VIEIRA, F. Frenagem de motor por contra corrente: O que é e como fazer. Blog</p><p>ensinando Elétrica, S.D. Disponível em: <https://bit.ly/3wVyaZr>. Acesso em: 6 abr.</p><p>2021.</p><p>WEG. Soft-Starters. S.D. Disponível em: <https://bit.ly/3hLdKxL>. Acesso em: 6¨abr,</p><p>2021.</p><p>,</p><p>101</p><p>6 ACIONAMENTO DE MOTORES CC E MOTORES DE PASSO</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, você sabia que, apesar da redução da aplicação nos últimos anos, os</p><p>motores de CC ainda são encontrados em algumas instalações e máquinas? Com o</p><p>avanço da tecnologia de controles eletrônicos, os motores CC vêm sendo substituídos</p><p>por motores de indução CA. Apesar disso, é muito importante conhecer as técnicas</p><p>que envolvem os motores CC. O objetivo desse bloco é apresentar as técnicas de</p><p>acionamento dessas máquinas e aplicações. Vamos lá?!</p><p>6.1 Motores CC: Funcionamento, especificação e características principais</p><p>Os motores CC operam aproveitando as leis do magnetismo de atração e repulsão.</p><p>Geralmente, os motores de corrente contínua são usados onde há uma exigência</p><p>especial em relação a precisão de torque e velocidade. Alguns exemplos são</p><p>guindastes, transportadores e elevadores.</p><p>A construção de um motor CC é mais complexa frente ao MIT, principalmente por</p><p>causa do comutador e escovas que fazem parte da armadura (girante). Por causa</p><p>dessas escovas/comutador, há um aumento substancial no custo da manutenção do</p><p>motor CC se comparado ao MIT.</p><p>A maioria dos motores CC, são classificados de acordo com campo. Esse campo pode</p><p>ser elétrico ou de imã permanente, série, shunt ou composto.</p><p>Os principais parâmetros para mensurar o desempenho de um motor CC são a</p><p>velocidade, torque e a potência em seu eixo (CV).</p><p>A figura a seguir ilustra o motor CC:</p><p>,</p><p>102</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 6.1 - Características Principais de um motor CC</p><p>Velocidade  Refere-se à velocidade de rotação do eixo do motor e é medida em</p><p>RPM;</p><p>Torque  Refere-se à força de rotação no eixo do motor. O torque é a força que age</p><p>sobre o raio. A unidade de torque geralmente é N.m;</p><p>Potência  Refere-se à taxa na qual o trabalho e feito. Como exemplo, considere um</p><p>HP é equivalente a levantar 15 Kg a uma altura de 1 metro em 1 minuto.</p><p>Quanto ao funcionamento do motor CC, a figura abaixo ilustra esse princípio:</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.2 - Funcionamento de um motor CC</p><p>,</p><p>103</p><p>Para especificar um motor CC, é necessário conhecer a potência requerida em seu eixo</p><p>e o torque resistente da carga. Com base nisso, o projetista mecânico também deve</p><p>fornecer a velocidade de rotação requerida. Assim, pode-se definir a potência e o tipo</p><p>de ligação entre campo e armadura (campo de imã permanente, motor CC série,</p><p>motor CC shunt e motor CC composto).</p><p>Os motores com campo de imã permanente são aplicados</p><p>principalmente em baixas</p><p>potências. Os motores CC série são fortes e produzem torque elevado a baixas</p><p>velocidades, são ideais para cargas mecânicas muito pesadas. O motor CC shunt</p><p>conecta com campo em paralelo com a armadura, a principal vantagem desse tipo de</p><p>ligação é a velocidade constante. O motor CC composto mescla as características do</p><p>motor série e shunt, eles são utilizados geralmente onde há a necessidade de atender</p><p>condições severas de partida e velocidade constante ao mesmo tempo.</p><p>Sentido de rotação</p><p>Para inverter o sentido de rotação de um motor CC, temos que interver o sentido da</p><p>corrente de campo ou da armadura do motor. Se inverter a corrente em ambos os</p><p>enrolamentos, o motor girará no mesmo sentido anterior.</p><p>6.2 Acionamentos de motores CC: Tipos de acionamento e configurações.</p><p>Especificação de acionamento</p><p>De uma forma geral, os dispositivos de partida magnéticos de um motor CC servem</p><p>para iniciar e acelerar os motores à velocidade nominal e fornecer proteção contra</p><p>sobrecarga. Assim, o motor CC necessita de uma unidade acionamento, que são</p><p>projetadas para fornecer, além de proteção, o acionamento preciso de velocidade,</p><p>torque, aceleração, desaceleração e sentido de rotação dos motores.</p><p>Portanto, é comum na indústria a utilização de unidades de acionamento altamente</p><p>sofisticadas que são capazes de comunicação com CLP´s e outros supervisórios</p><p>industriais.</p><p>,</p><p>104</p><p>Essas unidades de acionamento, também conhecidas como Driver, são dispositivos</p><p>eletrônicos que usam diferentes tipos de técnicas de acionamento de estado sólido. A</p><p>figura a seguir ilustra em um diagrama em blocos o funcionamento de um</p><p>acionamento de um motor CC com velocidade variável.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.3 - Diagrama em blocos - Acionamento motor CC</p><p>A unidade de acionamento da figura apresentada anteriormente é constituída por</p><p>duas seções básicas: a de potência e a de acionamento. O funcionamento é descrito de</p><p>forma sucinta a seguir:</p><p>A potência controlada para o motor CC é fornecida a partir da seção de potência,</p><p>formada por disjuntor, conversor, armadura shunt e contator CC;</p><p>O conversor retifica a alimentação CA trifásica, convertendo-a em CC para o motor CC;</p><p>Atingir um acionamento preciso do motor exige meios para avaliar o desempenho do</p><p>motor e compensar automaticamente qualquer variação dos níveis desejados. Essa é a</p><p>função da seção de acionamento, constituída pelo sinal de entrada de comando de</p><p>velocidade, bem como, por várias realimentações e sinais de erro usados para</p><p>controlar a saída da seção de potência.</p><p>,</p><p>105</p><p>Os drivers dos motores CC geralmente usam um campo shunt independente da</p><p>armadura, isso ocorre por conta da necessidade de variar a tensão da armadura ou a</p><p>corrente de campo para o pleno controle do motor. Ao variar a tensão da armadura, o</p><p>motor produz torque total, mas a velocidade varia. Mas, quando a corrente de campo</p><p>é variada, a velocidade do motor e torque variam.</p><p>A figura a seguir ilustra uma aplicação de um motor CC acionado por um Driver que</p><p>proporciona um acionamento muito preciso de um sistema transportador. Nesse caso,</p><p>o driver controla, além da velocidade e torque, a aceleração e desaceleração inclusive</p><p>no sentido reverso.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.4 - Driver alimentado motor CC de linha de produção</p><p>6.3 Servoconversores: definição, funcionamento, principais componentes e</p><p>características</p><p>,</p><p>106</p><p>O servoconversor é um dispositivo eletrônico utilizado para alimentar</p><p>servomecanismos elétricos, eles permitem controlar a velocidade, torque e posição do</p><p>motor. Esses servomecanismos operam com um componente conhecido como</p><p>servomotor. O servoconversor envia sinais elétricos ao servomotor com a intenção de</p><p>produzir um movimento proporcional no seu eixo. Geralmente, esse tipo de sistema</p><p>opera com sensores conectados no servomotor para monitorar o status do</p><p>equipamento (malha fechada).</p><p>O controle em malha fechada compara a realimentação de velocidade ou posição com</p><p>a velocidade ou posição definida e gera um comando modificado para tornar o erro</p><p>menor. O erro é a diferença entre a velocidade ou posição desejada e a velocidade ou</p><p>posição real.</p><p>A figura a seguir mostra um sistema servomotor típico em malha fechada. O</p><p>servoconversor contra o funcionamento do servomotor ao enviar sinais de comando</p><p>de velocidade ou posição para o amplificador que aciona. Um dispositivo de</p><p>realimentação, como um encoder de posição e um tacômetro para velocidade, podem</p><p>ser incorporados dentro do servomotor ou montados externamente. Eles fornecem as</p><p>informações de realimentação de velocidade e de posição do servomotor que o</p><p>controlador compara com o perfil de movimento programado e as utiliza para alterar a</p><p>sua posição ou velocidade.</p><p>,</p><p>107</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.5 - Sistema para acionamento com servoconversor</p><p>Um servomotor também pode ser sem escovas, conforme a figura a seguir. Assim, a</p><p>comutação é feita eletronicamente. O estator é normalmente trifásico, como o de um</p><p>MIT, e o rotor possui imãs permanentes montados na superfície. O motor também</p><p>possui 3 sensores de efeito Hall (H1, H2, H3) para detectar a posição do rotor, e a</p><p>comutação é realizada eletronicamente, com base nos sinais dos sensores. Com base</p><p>nos sinais dos sensores, os servoconversores controlam o circuito energizando, as</p><p>bobinas do estator na sequência de rotação correta e o torque desejado.</p><p>,</p><p>108</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.6 - Servomotor CC sem escovas</p><p>Os servoconversores possuem ajustes que devem ser configurados, tais como:</p><p> Sentido de giro do motor;</p><p> Velocidade nominal do motor;</p><p> Corrente nominal;</p><p>São aplicações típicas de servoacionamentos:</p><p> Torno de superfície;</p><p> Sistemas de transporte;</p><p> Trefilas;</p><p> Misturadores;</p><p> Bobinadores;</p><p> Sistemas de dosagem.</p><p>,</p><p>109</p><p>A velocidade de rotação de um servomotor é controlado pelo conversor, ela fornece a</p><p>razão entre o número de rotações de um eixo pelo período necessário para efetuar</p><p>este número de rotações. A velocidade de rotação é representada pela letra “n”.</p><p>Nos cálculos acadêmicos que utilizam o sistema internacional de unidades (SI), a</p><p>velocidade de rotação é dada em rad/s (radianos por segundo). Na vida prática</p><p>aplicada, a engenharia costuma utilizar o rpm (rotações por minuto) ou rps (rotações</p><p>por segundo). Essas unidades se relacionam da seguinte forma:</p><p>𝟏 𝒓𝒑𝒔 = 𝟔𝟎 𝒓𝒑𝒎 = 𝟐𝝅 𝒓𝒂𝒅/𝒔</p><p>E a potência mecânica no eixo vale:</p><p>𝑷 = (</p><p>𝟐𝝅</p><p>𝟔𝟎</p><p>) . 𝒏. 𝑻 [𝑾]</p><p>Em que n é a velocidade de rotação em rpm e T é o torque em N.m.</p><p>Exercício: Um eixo de um motor necessita executar um torque de 3 N.m, se a</p><p>velocidade de rotação vale 1760 rpm, qual é a potência no eixo desse motor?</p><p>Solução:</p><p>𝑷 = (</p><p>𝟐𝝅</p><p>𝟔𝟎</p><p>) . 𝒏. 𝑻 = (</p><p>𝟐𝝅</p><p>𝟔𝟎</p><p>) . 𝟏𝟕𝟔𝟎. 𝟑 = 𝟓𝟓𝟐, 𝟔𝟒 [𝑾]</p><p>Acrescentando-se um fator de segurança de 20%, um motor de 1 CV seria suficiente</p><p>para atender a essa carga.</p><p>6.4 Motores de passo e circuitos de acionamento: Características e controle</p><p>Os motores de passo funcionam de forma diferente dos motores usuais, que giram</p><p>continuamente quando uma tensão é aplicada em seus terminais. O eixo do motor de</p><p>passo gira em incrementos separados quando os pulsos de comando elétrico são</p><p>aplicados na sequência correta. Cada movimento é dividido em um certo número de</p><p>passos e ao motor é enviado um pulso de tensão para cada passo. A revolução é</p><p>diretamente proporcional ao número de pulsos, a velocidade de rotação está</p><p>relacionada à frequência dos pulsos.</p><p>,</p><p>110</p><p>Um motor de passo de 1 grau por passo necessita de 360 pulsos para completar uma</p><p>revolução. O número de graus por passo é conhecido como resolução. Quando o</p><p>motor de passo está parado, ele fica posicionado na sua última posição comandada. Os</p><p>sistemas onde são aplicados os motores de</p><p>passo são frequentemente sistemas de</p><p>“malha aberta”, onde o controlador comanda o motor apenas a quantidade de passos</p><p>que ele deve se mover e em qual velocidade. Nesses sistemas não há como detectar a</p><p>posição em que o motor está no momento do acionamento e nem após.</p><p>Geralmente, os motores de passo produzem menos de 1 HP e, assim, são mais</p><p>utilizados em sistemas e aplicações de baixa potência. A figura a seguir ilustra a</p><p>aplicação de um motor de passo:</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.7 - Sistema de acionamento com motor de passo</p><p>Os motores de passo podem ser de:</p><p> Relutância Variável;</p><p> Imã permanente;</p><p> Híbridos.</p><p>,</p><p>111</p><p>Fonte: ROBOCORE, S.D.</p><p>Figura 6.8 - Motor de passo híbrido</p><p>Quando se quer movimentar o motor de passo, deve-se controlar a ordem de</p><p>acionamento das fases e o sentido da corrente. Existem três formas de controle:</p><p>Full-Step  Tipo de acionamento que movimenta o eixo (rotor) com passos</p><p>completos. Pode ser acionando uma ou duas fases por ciclo. O acionamento com</p><p>apenas uma fase é a configuração com menor torque;</p><p>Fonte: ROBOCORE, S.D.</p><p>Figura 6.9 - Acionamento de um motor de passos Full-step (1 fase)</p><p>Half-Step  Opera por meio da possibilidade de mesclar os 2 métodos (1 ou 2 fases)</p><p>descritos no item anterior. Por conta disso, é possível dobrar a quantidade de passos e,</p><p>assim, melhorar a resolução. Mas possui um torque reduzido frente ao método Full-</p><p>Step;</p><p>,</p><p>112</p><p>Micro-step  Faz um controle na ordem do acionamento das bobinas e um controle</p><p>de campo magnético, fazendo com que tenha uma resolução aumentada, se</p><p>comparado com as técnicas anteriores.</p><p>Para ter acesso a todos os tipos de acionamento, o motor de passo deve ter todos os</p><p>seus terminais disponíveis.</p><p>Fonte: QUEIROZ, 2003</p><p>Figura 6.10 - Acionamento de um motor de passo - Unipolar</p><p>6.5 Controle de motores CC: Dimensionamento e técnicas utilizadas</p><p>Em algumas aplicações com motores de corrente contínua, há a necessidade de um</p><p>controle de velocidade para o processo. A regulação de velocidade é a medida da</p><p>capacidade de um motor para manter a velocidade do eixo desde uma situação sem</p><p>carga até a carga plena se uma variação na tensão aplicada à armadura ou ao campo.</p><p>Um motor tem boa regulação de velocidade se a variação entre a velocidade sem</p><p>carga e a em plena carga for pequena, desde que outras condições se mantenham</p><p>constantes. Como exemplo, podemos citar um motor com uma regulação de</p><p>velocidade de 3% com velocidade nominal de 1500 rpm sem carga, então significa que</p><p>a velocidade diminuirá até 45 rpm quando mesmo tiver em plena carga. A regulação</p><p>de velocidade de um motor CC é proporcional à resistência da armadura e é</p><p>geralmente expressa em percentual da velocidade base do motor.</p><p>,</p><p>113</p><p>Motores com uma resistência de armadura muito baixa apresentam melhor regulação</p><p>de velocidade. A regulação de velocidade é calculada pela seguinte equação:</p><p>𝑹𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂çã𝒐 𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆</p><p>=</p><p>𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒎 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂 − 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒆𝒎 𝒑𝒍𝒆𝒏𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂</p><p>𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒆 𝒆𝒎 𝒑𝒍𝒆𝒏𝒂 𝒄𝒂𝒓𝒈𝒂</p><p>𝒙𝟏𝟎𝟎</p><p>Quanto menor o percentual do motor CC, melhor é a regulação.</p><p>Para controle de velocidade do motor, sempre adotamos como referência a velocidade</p><p>nominal. Para funcionamento fora da faixa da velocidade nominal podemos fazer da</p><p>seguinte forma:</p><p>Abaixo da velocidade nominal  Podemos operar nessa faixa, reduzindo o valor da</p><p>tensão aplicada à armadura;</p><p>Acima da velocidade nominal  Para operar nessa faixa, podemos reduzir a corrente</p><p>de campo. Essa técnica é conhecida como “enfraquecimento de campo”.</p><p>Temos que tomar um cuidado adicional quando operarmos os motores acima de sua</p><p>rotação nominal. Geralmente os fabricantes indicam na placa de identificação o valor</p><p>da rotação máxima do motor. Quando não há uma indicação, recomenda-se entrar em</p><p>contato com o fabricante para ter a certeza do limite de sobre-velocidade, que pode</p><p>acarretar danos à máquina e a pessoas.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.11 - Ajuste de velocidade abaixo da nominal</p><p>,</p><p>114</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.12 - Ajuste de velocidade acima da nominal</p><p>Para a partida de motores CC, também temos que ter cuidado com a corrente de</p><p>partida, por isso podemos utilizar controladores eletrônicos de partida (eletrônica de</p><p>potência) ou reostato de partida. Ambos conectados à armadura e geralmente com a</p><p>corrente de campo máxima (caso dos motores Shunt).</p><p>Uma das principais vantagens dos motores CC é o controle de velocidade, que é</p><p>relativamente simples. Em algumas situações, não necessita de aplicação de técnicas</p><p>muito sofisticadas para essa finalidade. Quando se quer variar a velocidade, tanto para</p><p>maior quanto para menor em relação a rotação nominal, também se pode controlar</p><p>somente pela armadura e o campo é conectado a uma fonte de tensão constante</p><p>(ligação independente).</p><p>Com a armadura conectada a uma fonte variável de tensão, ao aumentar ou diminuir o</p><p>seu valor, a velocidade do motor também aumenta ou diminui proporcionalmente. Os</p><p>motores CC controlados pela armadura são capazes de fornecer o torque nominal em</p><p>qualquer velocidade entre zero e a velocidade nominal. A potência varia na proporção</p><p>direta da velocidade e 100% da potência nominal é desenvolvida apenas com 100% da</p><p>velocidade com torque nominal.</p><p>Para a aplicação dessa técnica, tem que verificar na placa do motor ou com o</p><p>fabricante, quanto a máxima tensão para aumento da velocidade nominal. A figura a</p><p>seguir ilustra um motor CC controlado pela armadura:</p><p>,</p><p>115</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 6.13 - Motor CC controlado pela armadura</p><p>Para o acionamento e controle de motores CC, são utilizadas as unidades de</p><p>acionamento, que são dispositivos que utilizam de eletrônica de potência para</p><p>acionamento e controle dos motores. São utilizadas em aplicações como bobinadeiras,</p><p>gruas, mineração etc. Essas unidades possibilitam um controle do motor mais</p><p>eficientes do que com as técnicas inicialmente aplicadas historicamente (resistores)</p><p>para controle dessas máquinas.</p><p>Exemplo de Aplicação: Dado um motor de corrente contínua shunt, operando na</p><p>região linear da curva de magnetização, com as características abaixo (dados de placa):</p><p>Ra = 1 Ohm (Armadura)</p><p>RF = 100 Ohms (Campo)</p><p>Vn = 250 V</p><p>LAF = 0,50 H (Indutância mútua entre armadura e campo)</p><p>Nn = 1700 rpm</p><p>In = 27,50 A</p><p>Determinar os estágios de partida para esse motor, supondo que a corrente máxima</p><p>não possa superar 2 vezes a corrente nominal.</p><p>,</p><p>116</p><p>Solução:</p><p>A corrente máxima na partida deverá ser:</p><p>𝑰𝑴 = 𝟐. 𝟐𝟕, 𝟓 = 𝟓𝟓 𝑨</p><p>Então, a resistência vista pela armadura no momento da partida será:</p><p>𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>=</p><p>𝟐𝟓𝟎</p><p>𝟓𝟓</p><p>= 𝟒, 𝟓𝟒 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>Agora, devemos calcular o número de resistências “N” em série que deverá ter o</p><p>objetivo de limitar a corrente de partida.</p><p>𝑵 =</p><p>𝐥𝐧 (</p><p>𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>𝑹𝒂</p><p>)</p><p>𝒍𝒏 (</p><p>𝑰𝑴</p><p>𝑰𝑵</p><p>)</p><p>=</p><p>𝐥𝐧 (</p><p>𝟒, 𝟓𝟒</p><p>𝟏, 𝟎 )</p><p>𝒍𝒏(𝟐)</p><p>=</p><p>𝟏, 𝟓𝟏𝟐𝟗</p><p>𝟎, 𝟔𝟗𝟑𝟏</p><p>= 𝟐, 𝟏𝟖</p><p>“N” deve ser um número inteiro, portanto, vamos adotar N = 3 (sempre maior). Para N</p><p>= 3, a corrente máxima será:</p><p>𝑰𝑴 = 𝑰𝑵. √</p><p>𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>𝑹𝒂</p><p>𝟑</p><p>= 𝟐𝟕, 𝟓𝟎. √</p><p>𝟒, 𝟓𝟒</p><p>𝟏</p><p>𝟑</p><p>= 𝟒𝟓, 𝟓𝟑 𝑨</p><p>Agora, calculamos os estágios para partida desse motor. Como no total serão 3</p><p>estágios, teremos:</p><p>Estágio 2:</p><p>𝑹𝑨𝟐 = 𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>.</p><p>𝑰𝑵</p><p>𝑰𝑴</p><p>= 𝟒, 𝟓𝟒.</p><p>𝟐𝟕, 𝟓𝟎</p><p>𝟒𝟓, 𝟓𝟑</p><p>= 𝟐, 𝟕𝟒 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>Teremos:</p><p>𝑹𝟏 = 𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>− 𝑹𝟐 = 𝟒, 𝟓𝟒 − 𝟐, 𝟕𝟒 = 𝟏, 𝟖𝟎 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>,</p><p>117</p><p>Agora no estágio 1:</p><p>𝑹𝑨𝟑 = 𝑹𝑻𝟐.</p><p>𝑰𝑵</p><p>𝑰𝑴</p><p>= 𝟐, 𝟕𝟒.</p><p>𝟐𝟕, 𝟓𝟎</p><p>𝟒𝟓, 𝟓𝟑</p><p>≅ 𝟏, 𝟔𝟔 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>𝑹𝟐 = 𝑹𝑨𝟐</p><p>− 𝑹𝑨𝟑</p><p>= 𝟐, 𝟕𝟒 − 𝟏, 𝟔𝟔 = 𝟏, 𝟎𝟖 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>Sabendo que Ra = 1 Ohm, portanto R3 será:</p><p>𝑹𝟑 = 𝑹𝑨𝒑𝒂𝒓𝒕𝒊𝒅𝒂</p><p>− 𝑹𝒂 − 𝑹𝟏 − 𝑹𝟐 = 𝟒, 𝟓𝟒 − 𝟏, 𝟎 − 𝟏, 𝟖𝟎 − 𝟏, 𝟎𝟖 = 𝟎, 𝟔𝟔 𝑶𝒉𝒎𝒔</p><p>Assim,</p><p>ficam definidos os estágios para partida desse motor:</p><p>Estágio 1  Ra + R1 + R2 + R3 = 1,0 + 1,80 + 1,08 + 0,66 = 4,54 Ohms</p><p>Estágio 2  Ra + R1 + R2 = 1,0 + 1,80 + 1,08 = 3,88 Ohms</p><p>Estágio 3  Ra + R1 = 1,0 + 1,80 = 2,80 Ohms</p><p>Regime permanente  Ra = 1,0 Ohms</p><p>Fonte: CAMARGO, 2007.</p><p>Figura 6.14 - Partida de um motor CC com resistências em série com armadura</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco nós vimos os principais métodos de controle aplicados a</p><p>motores de corrente contínua. Foram verificadas as técnicas para controle de</p><p>velocidade e partida desses motores CC. Foi definida também a regulação de</p><p>velocidade dos motores que, quanto menor o percentual melhor é a regulação. Assim,</p><p>os motores de corrente contínua são vantajosos frente ao CA, dependendo da</p><p>aplicação, pois são relativamente fáceis de controlar.</p><p>,</p><p>118</p><p>Com isso, chegamos ao final da disciplina de Máquinas e Acionamentos Elétricos,</p><p>confira as Referências Bibliográficas e continue se aprimorando. Bons estudos!</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>CAMARGO, I. Máquinas de Corrente Contínua. GSEP, 2007. Disponível em:</p><p><https://bit.ly/3wNJPJG>. Acesso em: 25 abr. 2021.</p><p>PETRUZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre, McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>QUEIROZ, R. A. D. A. Motores de Passo. Salvador: UNIFACS, 2003.</p><p>ROBOCORE. Controlando Motores: Motor de Passo. S.D. Disponível em:</p><p><https://www.robocore.net/tutoriais/controlando-motor-de-passo>. Acesso em: 10</p><p>abr. 2021.</p><p>https://bit.ly/3wNJPJG</p><p>https://www.robocore.net/tutoriais/controlando-motor-de-passo</p><p>a reatância indutiva</p><p>aproximada:</p><p>𝑿𝑳 ≅</p><p>𝑽𝑵</p><p>𝑰𝑵</p><p>=</p><p>𝟐𝟐𝟎</p><p>𝟖, 𝟒𝟓</p><p>= 𝟐𝟔 Ω</p><p>Assim, o capacitor de partida será:</p><p>𝑪 =</p><p>𝟏</p><p>𝟐𝝅𝒇𝑿𝑳</p><p>=</p><p>𝟏</p><p>𝟐𝝅. 𝟔𝟎. 𝟐𝟔</p><p>≅ 𝟏𝟎𝟎 𝒖𝑭</p><p>O contator deverá ser:</p><p>𝑰𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 ≥ 𝑰𝑵 → 𝑨𝒅𝒐𝒕𝒂𝒅𝒐 𝒐 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒄𝒐𝒎𝒆𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 𝒅𝒆 𝑰𝒄𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 = 𝟏𝟎 𝑨</p><p>O relé térmico deverá ter, em seu range de ajuste, o valor de 8,45 A ou próximo. Para</p><p>especificar o fusível, devemos saber a corrente de partida:</p><p>𝑰𝒑 = 𝟔. 𝑰𝑵 = 𝟔. 𝟖, 𝟒𝟓 ≅ 𝟓𝟏 𝑨</p><p>Agora, vamos verificar na curva dos fusíveis fornecida:</p><p>,</p><p>11</p><p>Fonte: WEG, S.D.</p><p>Os fusíveis deverão atender as seguintes premissas:</p><p>𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≥ 𝟏, 𝟐𝟎. 𝑰𝑵 = 𝟏, 𝟐𝟎. 𝟖, 𝟒𝟓 = 𝟏𝟎, 𝟏𝟒 𝑨</p><p>𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≤ 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 𝒆 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≤ 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒓𝒆𝒍é 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐</p><p>A 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 e 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒓𝒆𝒍é 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐 foi considerada 20 A (dados do</p><p>fabricante).</p><p>Portanto, o fusível dimensionado para o caso deverá ser de 16 A. E o circuito força e</p><p>comando:</p><p>,</p><p>12</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>1.3 Motores Síncronos para Correção do fator de potência, vantagens e</p><p>desvantagens de motores síncronos em relação aos motores de indução</p><p>Por conta da possibilidade de variação da excitação do campo, o motor síncrono</p><p>consegue controlar o fator de potência. Podendo ser utilizado para a correção do fator</p><p>de potência da rede.</p><p>Quando há a solicitação de maior potência mecânica no eixo do motor síncrono, o</p><p>fator de potência ficará em atraso. Porém, se aumentarmos a excitação da máquina, o</p><p>fator de potência volta ao unitário. Se aumentarmos ainda mais a excitação, o fator de</p><p>potência ficará adiantado. Assim, podemos concluir que o fator de potência irá variar</p><p>proporcionalmente à variação da corrente de excitação.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 1.13 - Motor síncrono para controle do fator de potência</p><p>,</p><p>13</p><p>Dessa forma, os motores síncronos podem ser utilizados para a correção do fator de</p><p>potência no lugar da aplicação de capacitores. Para potências inferiores a 50 CV não é</p><p>aconselhável essa aplicação.</p><p>Vantagens dos motores síncronos em relação aos motores de indução:</p><p> Possibilidade de aproveitamento de um motor para uso no processo industrial</p><p>e, em conjunto, corrigir o fator de potência da instalação;</p><p> Maior rendimento, trabalhando com fator de potência unitário.</p><p>Desvantagens dos motores síncronos em relação aos motores de indução:</p><p> Aplicação restrita, pois necessitam de excitação do enrolamento de campo e</p><p>maior manutenção;</p><p> Dificuldade para partida. É necessário que o motor esteja girando a uma</p><p>velocidade próxima a síncrona para entrar em sincronismo com o campo.</p><p>1.4 Motores de Relutância Variável</p><p>O motor de relutância variável (MRV) é uma tecnologia bem antiga. Possui uma</p><p>estrutura simples, combinando a simplicidade dos enrolamentos de campo das</p><p>máquinas CC com a robustez dos motores de indução. Esse tipo de motor não utiliza</p><p>escovas ou comutadores. Essas máquinas são produzidas de tal forma que a estrutura</p><p>de ferro do estator e motor proporcione a alteração da relutância, dependendo da</p><p>posição do rotor.</p><p>O acionamento desse tipo de máquina é feito por controles eletrônicos, pois não é</p><p>possível simplesmente ligá-lo a rede elétrica.</p><p>Esses motores também são conhecidos como motores de passo. As aplicações desses</p><p>motores são encontradas em impressoras de jato de tinta, máquinas CNC etc.</p><p>Eles possuem de 3 a 5 bobinas conectadas a um terminal comum. A Figura 1.12 ilustra</p><p>um MRV com 2 bobinas, com 90° por passo.</p><p>,</p><p>14</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 1.14 - Motor de Relutância Variável</p><p>Por conta do eixo dentado, ao injetar uma corrente nos enrolamentos, há um</p><p>alinhamento com os dentes do estator. Assim, é possível controlar o passo de giro do</p><p>motor.</p><p>1.5 Segurança do Trabalho: Normalização, proteção contra choques elétricos,</p><p>aterramento e bloqueio</p><p>Segurança do trabalho é um assunto muito importante em instalações elétricas. Em</p><p>particular com motores elétricos a atenção deve ser aumentada. Isso ocorre por conta</p><p>do acionamento inesperado de um motor pode acarretar sérios acidentes de trabalho.</p><p>Esses acidentes geralmente ocorrem por causa de falta de atenção ou pressões para</p><p>atender a alguma ordem do chefe ou supervisor.</p><p>Proteção Contra Choques Elétricos</p><p>O choque elétrico pode causar a morte de uma pessoa, dependendo de sua</p><p>intensidade e condições do corpo humano no momento do evento. Quanto menor for</p><p>a resistência do corpo, maior será o fluxo de corrente e a possiblidade de danos</p><p>adicionais. A resistência do corpo típica pode ser considerada conforme abaixo:</p><p>Pele seca – 100.000 a 600.000 Ω</p><p>Pele úmida – 1000 Ω</p><p>Parte interna do corpo (da mão para o pé) – 400 a 600 Ω</p><p>De uma orelha a outra – 100 Ω</p><p>,</p><p>15</p><p>Exemplo: Se você entrar em contato direto com 120 V e a resistência do seu corpo for</p><p>100.000 Ω, então a corrente será:</p><p>𝑰 =</p><p>𝟏𝟐𝟎</p><p>𝟏𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎</p><p>= 𝟏, 𝟐𝟎 𝒎𝑨</p><p>Agora, se você estiver suado e descalço, então a sua resistência para a terra pode ser</p><p>tão baixa quanto 1000 Ohms. Para esse caso, a corrente será:</p><p>𝑰 =</p><p>𝟏𝟐𝟎</p><p>𝟏𝟎𝟎𝟎</p><p>= 𝟏𝟐𝟎 𝒎𝑨</p><p>Assim, podemos concluir o quão danoso pode ser o choque elétrico dependendo das</p><p>condições do ambiente e do corpo no momento do acidente. Por isso, é muito</p><p>importante o uso de EPI´s (Equipamentos de Proteção Individual) para os trabalhos</p><p>com eletricidade (luvas e calçados isolantes por exemplo).</p><p>Para proteção contra choques elétricos, os dispositivos diferencial residuais também</p><p>são muito úteis.</p><p>Fonte: AGNIHOTRI, 2011.</p><p>Figura 1.15 - Equipamentos de Proteção Individuais - Elétrica</p><p>Aterramento, Bloqueio e Normas</p><p>O aterramento é muito importante em instalações elétricas, pois é através dele que há</p><p>a detecção rápida da fuga a terra pelos dispositivos de proteção. Portanto, todos os</p><p>equipamentos elétricos devem possuir condutor terra e/ou serem aterrados. Somente</p><p>em situações muito restritas que dispensam aterramento (IT médico por exemplo). As</p><p>carcaças de motores elétricos devem ser aterradas.</p><p>,</p><p>16</p><p>Fonte: AGNIHOTRI, 2011.</p><p>Figura 1.16 - Condutor terra do equipamento</p><p>O bloqueio elétrico, também conhecido como Lockout se trata do desligamento da</p><p>fonte de energia e a instalação de um cadeado ou trava que impede a fonte de ser</p><p>religada. Geralmente, a chave dessa trava fica em poder do profissional que irá fazer a</p><p>intervenção no equipamento. Esse bloqueio também deve ser sinalizado (Tagout), isto</p><p>é, a colocação de uma etiqueta que sinalize que a fonte está bloqueada e sob</p><p>manutenção.</p><p>Fonte: AGNIHOTRI, 2011.</p><p>Figura 1.17 - Dispositivos de Bloqueio e Sinalização</p><p>As principais normas utilizadas para instalações elétricas e segurança do trabalho são:</p><p>NBR-5410 – Instalações Elétricas em Baixa Tensão;</p><p>NBR-14039 – Instalações Elétricas em Média Tensão;</p><p>,</p><p>17</p><p>NR-10 – Norma Regulamentadora número 10 (Ministério do Trabalho);</p><p>Demais normas internacionais tais como do IEEE, IEC, NEMA etc.</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco nós vimos os principais tópicos de motores monofásicos,</p><p>aplicações e modos de ligações. Também foram apresentadas as aplicações de</p><p>motores síncronos e motores universais muito importantes para a utilização em</p><p>eletrodomésticos e ferramentas giratórias. Vimos também os motores de relutância</p><p>variável, muito utilizados em impressoras e máquinas de usinagem de precisão (CNC).</p><p>Os tópicos de segurança do trabalho em eletricidade também foram abordados</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>AGNIHOTRI, N. Stepper Motor: Basic, Types and Working. Engineers Garage, 2011.</p><p>Disponível em: <https://bit.ly/3hDWCtV>. Acesso em: 31 mar. 2021.</p><p>FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. São Paulo: Érica, 2008.</p><p>PETRUZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre:</p><p>McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>WEG. Automação: Fusíveis D e NH. CFW Elétrica, S.D. Disponível em:</p><p><https://bit.ly/3B5rhHW>. Acesso em: 2 abr. 2021.</p><p>,</p><p>18</p><p>2 TÓPICOS DE MOTORES ELÉTRICOS TRIFÁSICOS</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, neste bloco vamos estudar a aplicação prática de motores elétricos</p><p>trifásicos, envolvendo tipo de motores, características operacionais, ligações etc. Os</p><p>motores elétricos trifásicos são amplamente disseminados nas instalações elétricas</p><p>industriais e comerciais de pequeno e grande porte. O objetivo do bloco é, também,</p><p>estudar o motor de indução trifásico, que é o mais usual em instalações, e detalhar sua</p><p>operação e fator de potência.</p><p>2.1 Tipos de Motores Elétricos Trifásicos e Suas Características</p><p>Tipos de Motores Elétricos Trifásicos</p><p>Os motores elétricos trifásicos basicamente são dos tipos abaixo especificados:</p><p> Motor de indução trifásico com rotor gaiola de esquilo;</p><p> Motor de indução trifásico de rotor bobinado;</p><p> Motor trifásico com freio (motofreio trifásico);</p><p> Motores de alto rendimento.</p><p>Motor de Indução Trifásico com rotor gaiola de esquilo – MIT</p><p>É a máquina mais difundida na indústria atualmente, por conta de seu custo e</p><p>robustez. O princípio de funcionamento dessa máquina é por indução. Por conta disso,</p><p>carrega esse nome e costumeiramente é representado pela sigla MIT. O rotor é</p><p>formado por uma estrutura de ferro a qual possui condutores em curto-circuito. A</p><p>figura a seguir ilustra essa ligação:</p><p>,</p><p>19</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 2.1 - Rotor em Curto-Circuito</p><p>O estator do MIT é também uma estrutura ferromagnética que contém os</p><p>enrolamentos que serão conectados à rede elétrica. O estator é a parte fixa e é</p><p>conhecido como armadura.</p><p>Esse tipo de máquina (rotor em curto-circuito) resulta em um motor de fabricação</p><p>mais rápida e barata do que a de rotor bobinado. Porém, essa máquina também possui</p><p>desvantagem, a principal é o torque de partida reduzido se comparar pela alta</p><p>corrente absorvida pela rede nesse momento. Para fortes potências, o mais usual é a</p><p>aplicação de um rotor bobinado.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 2.2 - Motor de Indução Trifásico</p><p>,</p><p>20</p><p>Motor de Indução Trifásico com rotor bobinado</p><p>A única diferença, se comparado ao rotor gaiola de esquilo, é o fato de o rotor, nesse</p><p>caso, conter bobinas com espiras constituindo um enrolamento trifásico, normalmente</p><p>conectado em estrela em um dos lados. As outras extremidades das espiras são</p><p>conectadas à anéis coletores que, por sua vez, através de escovas, conectam as espiras</p><p>do rotor a um reostato de partida. Essa ligação é feita para a redução da corrente de</p><p>partida através da variação da resistência do reostato desde a máxima até curto-</p><p>circuitar as espiras.</p><p>A vantagem desse tipo de motor é a corrente reduzida na partida em tensão plena e</p><p>grande conjugado de partida.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 2.3 - Ligações de um Rotor Bobinado</p><p>Para grandes potências, é mais indicado do que os motores de rotor gaiola de esquilo.</p><p>É possível controlar a velocidade de motores com rotor bobinado através do controle</p><p>das resistências conectadas através das escovas. A figura a seguir apresenta esse</p><p>controle.</p><p>,</p><p>21</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 2.4 - Controle magnético de um Motor com rotor bobinado</p><p>Abaixo, segue o funcionamento dessa ligação:</p><p> Para baixa velocidade, os contatores S e H estão desligados (abertos), portanto,</p><p>a resistência total está conectada no enrolamento do rotor;</p><p> Fechando os contatores S, parte da resistência é desconectada, assim, observa-</p><p>se um aumento da velocidade;</p><p> Ao fechar os contatores H, atinge-se a velocidade máxima.</p><p>Esse controle de velocidade acarreta muitas perdas nas resistências e há uma</p><p>ineficiência frente a variação da carga mecânica no eixo. Atualmente, para um controle</p><p>mais fino, são utilizados elementos de eletrônica de potência no lugar dos contatores</p><p>magnéticos.</p><p>Motor trifásico com freio (motofreio trifásico);</p><p>Esse tipo de motor é utilizado em aplicações onde se necessita parar o eixo</p><p>imediatamente após desligar a alimentação elétrica do motor. São exemplos dessas</p><p>aplicações: guindastes, elevadores, pontes rolantes, correias transportadoras,</p><p>bobinadeiras etc.</p><p>,</p><p>22</p><p>O freio é acionado através de pastilhas montadas junto a uma mola que, através de</p><p>uma bobina que é energizada junto com o motor, faz com que a pastilha de freio libere</p><p>o giro do eixo. Ao desligar a energia, a bobina perde sua alimentação e ocorre a</p><p>frenagem do eixo do motor.</p><p>Fonte: PETRUZELLA 2013.</p><p>Figura 2.5: Motofreio CA</p><p>Motores de alto rendimento</p><p>São motores projetados especialmente para ocorrer a redução das perdas por efeito</p><p>joule nos enrolamentos, correntes parasitas etc. São características dele:</p><p> Utilizam materiais de melhor qualidade, como chapas de aço silício de</p><p>qualidade superior;</p><p> Bitola dos enrolamentos aumentada para reduzir perdas por efeito Joule;</p><p> Ranhuras projetadas para dissipar melhor o calor, diminuindo perdas.</p><p>Porém, trata-se de um motor com preço maior do que o convencional. Cabe, ao</p><p>projetista, avaliar o custo-benefício para aplicação desse equipamento.</p><p>Características de Motores Trifásicos</p><p> Rendimento (η);</p><p> Escorregamento (s);</p><p> Categoria de conjugado (N, NY, H, HY ou D);</p><p> Tempo de rotor bloqueado (tr-block);</p><p>,</p><p>23</p><p> Classe de isolamento (A, B, E, F e H etc.);</p><p> Ventilação (aberto ou fechado);</p><p> Rotação nominal (rpm);</p><p> Regime de Serviço (S1, S2 etc.);</p><p> Fator de Serviço (FS);</p><p> Tensão Nominal (Vn);</p><p> Corrente nominal (In);</p><p> Corrente de partida (Ip);</p><p> Relação Ip/In (Mensura o múltiplo que Ip é maior que In);</p><p> Sentido de rotação;</p><p> Grau de Proteção (IP00, IP11 etc.).</p><p>Motores à prova de explosão</p><p>São utilizados em áreas classificadas, que contenham materiais inflamáveis como</p><p>combustíveis ou gases altamente inflamáveis. Eles são projetados para suportar</p><p>esforços mecânicos adicionais para assim evitar acidentes, pois uma falha na isolação</p><p>nesses ambientes pode provocar grandes acidentes.</p><p>Perdas em motores trifásicos</p><p>Elas podem ser:</p><p> Elétricas;</p><p> Magnéticas;</p><p> Mecânicas;</p><p> Parasitas.</p><p>,</p><p>24</p><p>Conexão dos enrolamentos de um motor trifásico</p><p>Os motores podem ser conectados em Y ou delta (triângulo). A conexão estrela é</p><p>conforme a figura a seguir:</p><p>Fonte: FRANCHI 2008.</p><p>Figura 2.6 - Conexão em estrela</p><p>Abaixo é apresentada a ligação delta ou triângulo:</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 2.7 - Conexão Delta ou Triângulo</p><p>Identificação das Bobinas de um MIT</p><p>Na vida prática, podemos nos deparar com terminais de motor sem identificação,</p><p>assim, é muito importante sabermos identificá-las para evitar erros de conexão e</p><p>possível danos ao motor.</p><p>,</p><p>25</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 2.8 - Representação das Bobinas - MIT</p><p>O teste é bem simples, primeiramente, através de um teste de continuidade,</p><p>identificamos as 3 bobinas e, então, numeramos 1 e 4, 2 e 5 e finalmente 3 e 6. Após</p><p>isso, devemos testar a polaridade das bobinas, esse teste é feito na seguinte</p><p>sequência:</p><p> Ligar a bobina 1 em série com a bobina 2;</p><p> Ligar uma lâmpada entre os terminais 3 e 6;</p><p> Alimentar os terminais 1 e 2 com uma fonte 220 Vac.</p><p>Se a lâmpada acender, a bobina 1 está com a marcação invertida. Portanto, troca-se 1</p><p>por 4. Após isso, repete-se os passos para testar a polaridade da bobina 3. A lâmpada</p><p>deve ser de 12 V.</p><p>2.2 Potência em Motores Elétricos</p><p>Os motores elétricos possuem Potência Ativa (kW), Reativa (kVAr) e Aparente (kVA).</p><p>Potência Ativa  É a potência que executa o trabalho. No caso de motores elétricos, é</p><p>a potência disponível no eixo. Porém, nos motores elétricos, a potência ativa extraída</p><p>da fonte é um pouco maior do que a do eixo, isso ocorre por causa do rendimento da</p><p>máquina. Essa potência geralmente é expressa em kW e em CV. Lembrando</p><p>que 1 CV</p><p>vale 736 W.</p><p>Potência Reativa  É a potência necessária para a operação do motor por conta do</p><p>seu efeito indutivo. Essa potência está vinculada ao fator de potência da máquina que</p><p>é um dado de placa. A unidade dessa potência é o kVAr.</p><p>,</p><p>26</p><p>Potência Aparente  É a potência total extraída da rede elétrica para funcionamento</p><p>do motor. Com base nessa potência, é possível dimensionar as instalações. A unidade</p><p>dessa potência é o kVA.</p><p>Essas potências se relacionam, assim, podemos traçar o triângulo das potências. A</p><p>figura abaixo ilustra isso:</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 2.9 - Triângulo das Potências</p><p>O ângulo de defasagem entre a potência ativa e aparente é o 𝝋, o seu cosseno</p><p>equivale ao fator de potência do motor. Pelas regras da trigonometria conseguimos</p><p>determinar as potências quaisquer partindo de apenas uma delas e do fator de</p><p>potência, por exemplo.</p><p>2.3 Fator de potência: Causas do baixo Fp em motores, correção e medição do fp e</p><p>localização dos capacitores</p><p>Em grandes instalações (indústrias, Hospitais, grandes centros comerciais etc.) existe</p><p>um grande número de MIT´s. E, como consequência, um baixo fator de potência da</p><p>instalação. Assim, é necessário tomar ações para o aumento do fator de potência da</p><p>instalação.</p><p>Os motores possuem um baixo fator de potência por conta de sua natureza indutiva.</p><p>Motores superdimensionados ou com baixa carga também ajudam a decrescer o fator</p><p>de potência. Como são máquinas indispensáveis na transformação de energia,</p><p>devemos conviver com eles. O fator de potência mínimo permitido para não ser</p><p>penalizado é 0,92 (ANEEL). Para melhora do fator de potência podemos:</p><p>,</p><p>27</p><p> Dimensionar motores com a capacidade mecânica próxima à da carga;</p><p> Corrigir o fator de potência do motor com uso de capacitores;</p><p> Utilizar máquinas síncronas no lugar do MIT para controle do fator de potência.</p><p>Correção e Medição do fator de Potência e Localização dos Capacitores</p><p>Como os MIT´s são amplamente difundidos na indústria e tem o custo reduzido frente</p><p>a máquina síncrona, vamos enfatizar a correção do fator de potência com os motores</p><p>de indução. Preferencialmente, temos que procurar instalar os capacitores de correção</p><p>do fator de potência próximos ao motor (acoplado) ou em seu painel de acionamento</p><p>(CCM). Isso evita o investimento em grandes bancos de capacitores ao tentar corrigir</p><p>no painel geral de baixa tensão da instalação, por exemplo. Como prática, recomenda-</p><p>se sempre que instalar um MIT, já providenciar a instalação da devida correção do</p><p>fator de potência.</p><p>Para medição do fator de potência, são utilizados instrumentos chamados analisadores</p><p>de rede, o qual responde com o fator de potência. Outra maneira é utilizar um</p><p>Wattímetro e calcular o fator de potência de forma indireta.</p><p>Correção do fator de Potência</p><p>Para correção, seguimos o procedimento:</p><p> Medir, verificar na placa de identificação ou calcular o fator de potência do</p><p>motor ou conjunto CCM (cos 𝜑1);</p><p> Definir o fator de potência desejado - cos 𝜑2 - (ANEEL indica no mínimo 0,92);</p><p> Calcular as potências reativas kVAr1 e KVAr2, referentes aos fatores de</p><p>potência atual e desejado respectivamente.</p><p>Segue equacionamento:</p><p>𝒌𝑽𝑨𝒓𝟏 = 𝒌𝑾. 𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟏</p><p>𝒌𝑽𝑨𝒓𝟐 = 𝒌𝑾. 𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟐</p><p>𝒌𝑽𝑨𝒓𝟏 − 𝒌𝑽𝑨𝒓𝟐 = 𝒌𝑾. (𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟏 − 𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟐)</p><p>,</p><p>28</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 2.10 - Diagrama para Correção do fator de Potência</p><p>𝑪𝒌𝑽𝑨𝒓 = 𝒌𝑾. ∆ 𝐭𝐚𝐧 𝝋 𝒆 ∆ 𝐭𝐚𝐧 𝝋 = 𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟏 − 𝐭𝐚𝐧 𝝋𝟐</p><p>𝑪𝒌𝑽𝑨𝒓 é a potência reativa (kVAr) necessária para chegar ao fator de potência</p><p>desejado.</p><p>2.4 Cálculo da corrente nominal de motores, dados de placa e tabela de motores</p><p>trifásicos</p><p>Os motores trifásicos são especificados por sua potência mecânica em seu eixo em CV</p><p>ou kW. A corrente elétrica extraída da rede deve levar em conta além dessa potência,</p><p>as perdas do motor (rendimento). A potência ativa extraída da rede de um MIT pode</p><p>ser calculada conforme a seguir:</p><p>𝑷𝒓𝒆𝒅𝒆 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>𝜼</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐 à Potência no eixo em Watts;</p><p>𝜼 à Rendimento do motor;</p><p>Através dos dados de placa de motor, podemos também calcular a potência ativa no</p><p>eixo do motor (caso essa não esteja indicada):</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐 = √𝟑. 𝑽𝑳 . 𝑰𝑳. 𝐜𝐨𝐬 𝝋 . 𝜼</p><p>𝑽𝑳  Tensão de linha em Volts;</p><p>𝑰𝑳  Corrente de linha em Ampères;</p><p>𝐜𝐨𝐬 𝝋  fator de potência do motor;</p><p>Isolando 𝑰𝑳 e fazendo 𝑰𝑳 = 𝑰𝑵:</p><p>,</p><p>29</p><p>𝑰𝑵 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>√𝟑. 𝑽𝑳. 𝐜𝐨𝐬 𝝋 . 𝜼</p><p>𝑰𝑵  Corrente Nominal do motor em Ampères;</p><p>Dados de Placa do Motor</p><p>Todas as informações necessárias para operar, dimensionar os circuitos de força e</p><p>comando e capacitores estão na placa do motor. A placa contém informações tais</p><p>como:</p><p> Tensão Nominal;</p><p> Corrente Nominal;</p><p> Velocidade;</p><p>Abaixo pode ser visto um exemplo de placa de um MIT.</p><p>Fonte: WEG, 2021.</p><p>Figura 2.11 - Dados de placa de um MIT</p><p>Lembrando que 1 HP vale 746 W. Há uma ligeira diferença entre 1 CV (736 W)</p><p>Tabela de Motores</p><p>Os dados de motores são padronizados, assim, é comum os fabricantes</p><p>disponibilizarem uma tabela contendo as principais características da máquina.</p><p>,</p><p>30</p><p>Fonte: WEG, 2021</p><p>Figura 2.12 - Tabela com Característica de Motores WEG W22 Super Premium.</p><p>Exercício 1: Determinar a corrente de partida que circula pela rede que alimenta um</p><p>motor de 20 CV, 60 Hz, 220 V, Ip/In = 6,3 ligado em delta com rendimento de 89,30% e</p><p>fator de potência de 0,79, com uma carga de 75%.</p><p>Solução:</p><p>Convertemos a potência em CV para kW:</p><p>P(kW) = P(CV) x 736</p><p>P(kW) = 20 x 736 = 14,72 kW (essa é a potência disponível no eixo)</p><p>Aplicando-se o rendimento, calculamos a potência ativa extraída da fonte:</p><p>𝑷𝒓𝒆𝒅𝒆 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>𝜼</p><p>=</p><p>𝟏𝟒, 𝟕𝟐 𝒌𝑾</p><p>𝟎, 𝟖𝟗𝟑</p><p>= 𝟏𝟔, 𝟒𝟖 𝒌𝑾</p><p>A potência aparente será:</p><p>,</p><p>31</p><p>𝑺𝒓𝒆𝒅𝒆 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>𝒇𝒑</p><p>=</p><p>𝟏𝟔, 𝟒𝟖 𝒌𝑾</p><p>𝟎, 𝟕𝟗</p><p>= 𝟐𝟎, 𝟖𝟔 𝒌𝑽𝑨</p><p>De sistemas trifásicos sabemos:</p><p>𝑺 = √𝟑. 𝑽𝑳. 𝑰𝑳 → 𝑰𝑳 =</p><p>𝑺</p><p>√𝟑. 𝑽𝑳</p><p>=</p><p>𝟐𝟎, 𝟖𝟔 𝒌𝑽𝑨</p><p>√𝟑. 𝟐𝟐𝟎</p><p>= 𝟓𝟒, 𝟕𝟒 𝑨 = 𝑰𝑵</p><p>Cálculo da corrente de partida (Ip):</p><p>𝑰𝒑</p><p>𝑰𝑵</p><p>= 𝟔, 𝟑𝟎 → 𝑰𝒑 = 𝟔, 𝟑𝟎. 𝑰𝑵 = 𝟔, 𝟑𝟎. 𝟓𝟒, 𝟕𝟒 = 𝟑𝟒𝟒, 𝟖𝟔 𝑨</p><p>Também podemos calcular a corrente nominal do motor através da equação abaixo:</p><p>𝑰𝑵 =</p><p>𝑷𝒆𝒊𝒙𝒐</p><p>√𝟑. 𝑽𝑳 . 𝐜𝐨𝐬 𝝋 . 𝜼</p><p>=</p><p>𝟏𝟒, 𝟕𝟐 𝒌𝑾</p><p>√𝟑. 𝟐𝟐𝟎. 𝟎, 𝟕𝟗. 𝟎, 𝟖𝟗𝟑</p><p>= 𝟓𝟒, 𝟕𝟓 𝑨</p><p>Daí é só calcular a corrente de partida.</p><p>Exercício 2: Para o mesmo motor do exercício anterior, especificar o capacitor</p><p>necessário para correção do fator de potência do ponto de conexão da rede para 0,95.</p><p>Solução:</p><p>Para o fp atual  𝐜𝐨𝐬 𝝋 = 𝟎, 𝟕𝟗 𝒆 𝝋 = 𝐜𝐨𝐬−𝟏 𝟎, 𝟕𝟗 = 𝟑𝟕, 𝟖𝟏° 𝒆 𝐭𝐚𝐧 𝟑𝟕, 𝟖𝟏° =</p><p>𝟎, 𝟕𝟕𝟓</p><p>p/ o fp desejado 𝐜𝐨𝐬 𝝋 = 𝟎, 𝟗𝟓 𝒆 𝝋 = 𝐜𝐨𝐬−𝟏 𝟎, 𝟗𝟓 = 𝟏𝟖, 𝟏𝟗° 𝒆 𝐭𝐚𝐧 𝟏𝟖, 𝟏𝟗° =</p><p>𝟎, 𝟑𝟐𝟖</p><p>𝑪𝒌𝑽𝑨𝒓 = 𝒌𝑾. ∆ 𝐭𝐚𝐧 𝝋 = 𝟏𝟔, 𝟒𝟖. (𝟎, 𝟕𝟕𝟓 − 𝟎, 𝟑𝟐𝟖) = 𝟕, 𝟑𝟔 𝒌𝑽𝑨𝒓</p><p>A capacitância dele deverá ser:</p><p>𝑪𝒖𝑭 =</p><p>𝟏𝟎𝟎𝟎. 𝒌𝑽𝑨𝒓</p><p>𝟐𝝅𝒇𝑽𝑵</p><p>𝟐 =</p><p>𝟏𝟎𝟎𝟎. 𝟕, 𝟑𝟔</p><p>𝟐𝝅. 𝟔𝟎. 𝟐𝟐𝟎²</p><p>≅ 𝟒𝟎𝟎 𝒖𝑭</p><p>𝑪∆ =</p><p>𝑪𝒖𝑭</p><p>𝟑</p><p>=</p><p>𝟒𝟎𝟎</p><p>𝟑</p><p>= 𝟏𝟑𝟑 𝒖𝑭</p><p>,</p><p>32</p><p>Portanto, deverá haver 3 capacitores de 133 uF conectados em delta com tensão</p><p>nominal de 220 V.</p><p>2.5 Procedimentos e Ensaios de Rotina</p><p>Os motores elétricos devem possuir procedimentos de manutenção e inspeções e</p><p>ensaios de rotina para garantir seu bom funcionamento e aumento da confiabilidade</p><p>do equipamento. Essas atividades devem ser executadas periodicamente, com</p><p>intervalos a serem definidos conforme aplicação da máquina e importância.</p><p>Os motores devem ser inspecionados quanto ao alinhamento do eixo, aperto na</p><p>fixação da base e condição das correias. É importante:</p><p> Inspecionar escovas e comutador;</p><p> Promover a limpeza geral dos motores;</p><p> Lubrificação das partes móveis;</p><p> Manter os motores secos e caixa de ligação intacta e com conexões em bom</p><p>estado;</p><p> Verificar se há ruído</p><p>e vibração excessivos.</p><p>Motores com uma potência apreciável (normalmente acima de 75 CV em baixa tensão</p><p>e todos com tensão acima de 1kV), são recomendados os ensaios abaixo como rotina:</p><p> Testes de isolamento dos enrolamentos;</p><p> Medição da resistência de enrolamento;</p><p> Inspeção termográfica do motor em operação e sua caixa de ligação;</p><p> Verificação das conexões elétricas da caixa de ligação;</p><p> Medir a corrente periodicamente;</p><p> Análise de vibração da máquina.</p><p>,</p><p>33</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco vimos os principais tópicos de motores trifásicos,</p><p>aplicações e modos de ligações. Foram abordados os tópicos para correção de fator de</p><p>potência, medição de potência e aplicações práticas para dimensionar bancos de</p><p>capacitores nos motores. Também foi apresentada a metodologia para cálculo da</p><p>potência extraída da rede por MIT´s e determinação da corrente nominal da máquina.</p><p>Foram vistos, também, tópicos de manutenção/inspeção e ensaios de rotina.</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. São Paulo: Érica, 2008.</p><p>PETRUZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre: McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>WEG. W22 Motor Elétrico Trifásico: Catálogo Técnico Mercado Brasil. 2021. Disponível</p><p>em: <https://bit.ly/36zcffN>. Acesso em: 1 abr. 2021.</p><p>https://bit.ly/36zcffN</p><p>,</p><p>34</p><p>3.DIAGRAMA DE COMANDO</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, neste bloco vamos estudar os diagramas de comando e de proteção,</p><p>com a apresentação dos conceitos para seletividade e especificação de componentes.</p><p>O objetivo do bloco é familiarizar você com os principais componentes de proteção,</p><p>comando e controle de motores elétricos. Também serão apresentados os diagramas</p><p>unifilares e multifilares e especificação de quadros de motores e CCM´s.</p><p>3.1 Dispositivos de Comando e de Proteção</p><p>Tipos de Dispositivos de Comando e Proteção</p><p>Os dispositivos de comando são elementos de comutação que controlam a passagem</p><p>de corrente elétrica entre um ou mais pontos do circuito.</p><p>Para controle desses dispositivos, são utilizadas botoeiras que possuem cores definidas</p><p>conforme a seguir:</p><p>Vermelho  parar, desligar ou botão de emergência;</p><p>Amarelo  Iniciar um retorno ou eliminar uma condição perigosa;</p><p>Verde ou preto  Ligar ou partida;</p><p>Branco ou azul  função customizada, que deve ser diferente das anteriores.</p><p>Existem alguns componentes para comandar os circuitos de controle,</p><p>intertravamentos ou lógicas customizadas. Os principais são:</p><p>Chave de impulso  Só permanece acionada mediante aplicação de força externa. Se</p><p>o seu acionamento não for contínuo, ela volta a condição inicial. Um exemplo desse</p><p>dispositivo é uma botoeira normalmente aberta (NA) que quando acionada com um</p><p>simples toque, fecha o contato e, ao desacionar, imediatamente volta a condição</p><p>aberta;</p><p>,</p><p>35</p><p>Contato normalmente aberto (NA)  A posição inicial desse contato é aberta</p><p>(repouso). Ao acioná-lo, torna-se fechado. Normalmente são representados pelos</p><p>números 3 e 4 no diagrama de comando;</p><p>Contato normalmente fechado (NF)  A posição inicial desse contato é fechada</p><p>(repouso). Ao acioná-lo, torna-se aberto. Normalmente são representados pelos</p><p>números 1 e 2 no diagrama de comando.</p><p>A figura a seguir ilustra esses dois tipos de contatos auxiliares.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 3.1 - Contatos NA e NF</p><p>Chave com retenção ou trava  Ao acioná-la, seu contato é comutado e fica na nova</p><p>posição até que seja desacionada. Um exemplo desse tipo de chave é uma botoeira de</p><p>desligamento de emergência. Uma vez acionada, só com outra manobra é possível</p><p>fazê-la retornar à condição inicial.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 3.2 - Contatos NA e NF com trava</p><p>Com a mesma lógica do descrito anterior, há chaves com diversos contatos auxiliares</p><p>com ou sem retenção, chaves seletoras etc.</p><p>Interruptores fim de curto  Utilizados para verificar a condição física de algum</p><p>dispositivo para monitorar sua condição. Podemos mencionar como exemplo, um</p><p>contato fim de curso que monitora a posição da tampa de uma máquina. Se a tampa</p><p>estiver aberta, esse contato fica numa posição, se fechada, o contato fica em outra.</p><p>Assim, é possível construir intertravamentos. Esse interruptor geralmente possui</p><p>contatos NA e NF.</p><p>,</p><p>36</p><p>Manobra e Proteção</p><p>Dispositivos de baixa tensão (BT)  Utilizado em circuitos com tensão de linha menor</p><p>que 1 kV;</p><p>Dispositivos de alta tensão (AT)  Utilizado em circuitos com tensão de linha maior</p><p>que 1 kV;</p><p>Circuito Principal  Circuito o qual está diretamente conectado aos dispositivos de</p><p>proteção, tem a função de ligar ou desligar o circuito;</p><p>Circuito Auxiliar  Se difere do principal pelo fato de ser responsável pelo comando e</p><p>intertravamentos do acionamento da máquina;</p><p>Proteção</p><p>Os circuitos conectados a uma rede elétrica estão sujeitos a sofrerem falhas por algum</p><p>motivo. Essas falhas devem ser detectadas pelo sistema de proteção para que os</p><p>danos sejam minimizados. As principais falhas em instalações com motores elétricos</p><p>são:</p><p>Sobretensão, subtensão e falta de fases  Esse tipo de falha causa o aumento da</p><p>corrente elétrica no circuito;</p><p>Curto-circuito  Trata-se do contato entre uma fase e a terra ou ambas as fases entre</p><p>si. Esse tipo de defeito costuma causar altas correntes pelo circuito de potência, por</p><p>conta disso, os dispositivos de proteção devem atuar o mais rápido possível para evitar</p><p>danos às instalações elétricas;</p><p>Rotor Bloqueado  É um tipo de sobrecarga que ocorre quando há o bloqueio do</p><p>rotor da máquina durante seu funcionamento. Isso acarreta em um aumento</p><p>expressivo da corrente absorvida pela rede e aquecimento adicional nos enrolamentos</p><p>do motor. Assim, o sistema de proteção deve detectar esse tipo de falta e desligar o</p><p>circuito de potência para evitar danos à máquina e/ou às instalações;</p><p>,</p><p>37</p><p>Para evitar que os defeitos à que instalações estão sujeitas causem danos e/ou</p><p>perturbações adicionais, devem ser adotadas medidas de proteção que visem:</p><p>Proteção contra curtos-circuitos  Que detectam e interrompem rapidamente as</p><p>correntes de defeito. Geralmente essa proteção atua para correntes da ordem de mais</p><p>de 4 vezes a corrente nominal dos motores;</p><p>Proteção contra sobrecargas  Detectam correntes superiores às nominais devidos</p><p>ao efeito de sobrecargas no eixo dos motores e/ou desequilíbrios que as causem.</p><p>Geralmente essa proteção está ligada ao aquecimento dos enrolamentos da máquina,</p><p>pois tem uma detecção bem mais lenta do que a proteção contra curtos-circuitos.</p><p>Para motores elétricos podem existir outras proteções, tais como:</p><p> Inversão de fase;</p><p> Falta de fases;</p><p> Temperatura dos enrolamentos.</p><p>As proteções que envolvem sobrecorrente devem ser seletivas, ou seja, devem</p><p>desligar os circuitos em uma lógica que desligue a menor porção possível do circuito</p><p>no caso de um curto-circuito e/ou sobrecarga. Exemplo: Supondo um CCM com 10</p><p>motores, supondo um defeito em apenas 1 dos motores, deve-se desligar somente</p><p>esse circuito, ficando os demais 9 motores com a alimentação garantida.</p><p>3.2 Componentes de Proteção: Fusíveis, disjuntores e outros componentes</p><p>Fusíveis</p><p>São dispositivos que tem a função de proteção dos circuitos de força e/ou comando</p><p>contra curtos-circuitos. Também atuam como limitadores de correntes de curto-</p><p>circuito. Os fusíveis atuam conforme uma curva de operação que, quanto maior a</p><p>corrente de defeito, menor seu tempo de atuação.</p><p>,</p><p>38</p><p>Geralmente, os fusíveis podem ser do tipo D (Diazed) ou do tipo NH. Os fusíveis do tipo</p><p>D geralmente são utilizados para proteção de circuitos de comando. Já os fusíveis do</p><p>tipo NH são usados para proteção dos circuitos de força.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 3.3 - Fusível Diazed (D)</p><p>Fonte: WEG, S.D.a</p><p>Figura 3.4 - Fusível NH</p><p>Os fusíveis podem ser de ação rápida ou retardada. Os fusíveis de ação rápida, como o</p><p>próprio nome</p><p>diz, são mais velozes para atuação frente aos retardados. Para proteção</p><p>de motores, os fusíveis de ação retardada são os mais recomendados, por conta da</p><p>natureza motórica, há sobrecorrentes que são admissíveis, como a corrente de partida</p><p>por exemplo.</p><p>,</p><p>39</p><p>Como mencionado, no caso dos fusíveis, quanto maior a corrente de sobrecarga,</p><p>menor o tempo de atuação. Abaixo, podemos ver a curva típica de um fusível NH.</p><p>Fonte: WEG, S.D.a</p><p>Figura 3.5 - Curva tempo x corrente de um fusível NH - Weg</p><p>Para proteção e manobras de motores são utilizados também:</p><p>Relé de Sobrecarga  Trata-se de um dispositivo acoplado nos contatores de baixa</p><p>tensão ou de formas indiretas (alta tensão). Esses relés, ao detectar as falhas, atuam</p><p>nos contatos NA´s e NF´s os quais estão conectados aos circuitos de comando que</p><p>fazem o controle de desligamento e sinalização de defeito do circuito de potência.</p><p>Fonte: WEG, S.D.b</p><p>Figura 3.6 - Relé de Sobrecarga - WEG</p><p>,</p><p>40</p><p>Disjuntores Motores  São dispositivos que agregam à função de sobrecarga e curto-</p><p>circuito no mesmo dispositivo. São diferentes dos fusíveis, pois não permitem a</p><p>atuação monopolar (quando há um defeito, as três fases são seccionadas) e, quando</p><p>há sua atuação, após a eliminação do defeito, basta religá-lo. Podem servir, de forma</p><p>precária para manobra liga/desliga de motores também.</p><p>Fonte: WEG, S.D.c</p><p>Figura 3.7 - Disjuntor Motor - WEG</p><p>3.3 Componentes de Comando: Contatores, relés e outros componentes</p><p>Contatores  São dispositivos utilizados para manobra de motores elétricos. São</p><p>compostos de uma montagem eletromecânica a qual, quando alimentada (bobina),</p><p>fecha os contatos principais do circuito de força e muda de posição os contatos</p><p>auxiliares do circuito de comando. Apesar de manobrarem os circuitos de potência,</p><p>esses dispositivos não são capazes de interromper correntes de curto-circuito, por isso,</p><p>é importante a associação seletiva com os fusíveis para essa finalidade.</p><p>Fonte: WEG, 2019</p><p>Figura 3.8 - Contatores WEG</p><p>,</p><p>41</p><p>Fonte: WEG, 2019.</p><p>Figura 3.9 - Tabela de Contatores WEG – Linha CWM</p><p>Dispositivos importantes em circuitos de comando e controle são os relés auxiliares.</p><p>Os principais relés auxiliares podem ser:</p><p>Relé de tempo com retardo na energização  Comuta seus contatos após um tempo</p><p>pré-ajustado após sua energização.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008</p><p>Figura 3.10 - Relé de tempo com retardo na energização</p><p>Relé de sequência de fase  São relés que monitoram a tensão trifásica e detectam se</p><p>ela está com a sequência invertida. Se assim for, comutam os contatos para que eles</p><p>sejam utilizados para intertravamentos;</p><p>Relé de falta de fase  São relés que monitoram a tensão trifásica e detectam quando</p><p>falta 1 ou mais fases. Se assim for, comutam os contatos para que eles sejam utilizados</p><p>para intertravamentos;</p><p>,</p><p>42</p><p>Relé de mínima e máxima tensão  São relés que monitoram a tensão trifásica e</p><p>detectam quando há sub ou sobretensão na rede. Se assim for, comutam os contatos</p><p>para que eles sejam utilizados para intertravamentos;</p><p>Há, também, versão desses relés que fazem várias funções em um único dispositivo,</p><p>são os chamados relés supervisores trifásico.</p><p>Fonte: Digimec, S.D.</p><p>Figura 3.11 - Relé supervisor trifásico</p><p>3.4 Diagramas unifilares, multifilares e de bloco utilizados em diagramas elétricos</p><p>Para representação de motores e seus circuitos de força e comando são utilizados</p><p>diferentes tipos de desenhos elétricos. Nesses desenhos existem simbologias típicas</p><p>que serão apresentadas para que cada função seja identificada no desenho técnico.</p><p>Diagrama Multifilar</p><p>Esses tipos de diagramas são utilizados para mostrar as conexões de um circuito de</p><p>forma trifásica ou monofásica (se for o caso). Porém, sempre vão mostrar todos os fios</p><p>envolvidos na instalação. Eles podem incluir números de identificação, bobinas,</p><p>contatos, cargas, motores etc.</p><p>O objetivo é comunicar as informações necessárias para o leitor executar ou intervir de</p><p>forma correta e segura nas instalações elétricas. Podem ser utilizados em circuitos de</p><p>força e comando. Para os primeiros, é bastante utilizado para o leitor identificar todos</p><p>os componentes e ligações para a ligação de motor elétrico, por exemplo.</p><p>,</p><p>43</p><p>Fonte: PETRUZELLA 2013</p><p>Figura 3.12 - Diagrama Multifilar</p><p>Diagramas Unifilares</p><p>Esses tipos de diagramas possuem uma única linha e mostram os principais</p><p>componentes de um sistema. Ele geralmente é utilizado para mostrar o circuito de</p><p>força e contém as principais informações necessárias para o entendimento do sistema.</p><p>Geralmente é com o diagrama unifilar que fazemos as primeiras análises no sistema,</p><p>no caso de dúvidas adicionais recorremos aos multifilares.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 3.13 - Diagrama Unifilar</p><p>,</p><p>44</p><p>Diagramas de Bloco</p><p>Esse diagrama representa as principais partes funcionais de um sistema</p><p>elétrico/eletrônico com blocos ao invés de símbolos. Esse tipo de diagrama pode ser</p><p>utilizado para diversos fins, mas o principal é utilizar cada bloco para sinalizar circuitos</p><p>elétricos e/ou etapas envolvidas no processo para o leitor ter uma ideia no</p><p>funcionamento do circuito/processo. A função de cada bloco geralmente é descrita em</p><p>cada um e possuem setas para indicar a sequência do processo e/ou funcionamento.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 3.14 - Diagrama de Blocos de um inversor de frequência</p><p>Exercício 1: Um motor elétrico transforma energia elétrica (alimentação) em energia</p><p>mecânica (eixo). Porém, como visto anteriormente, esses motores podem ser de</p><p>diversos tipos e características. Desenhe um diagrama em blocos contendo os</p><p>principais motores elétricos e suas aplicações.</p><p>,</p><p>45</p><p>Solução:</p><p>Fonte: GUEDES, 2018.</p><p>Figura 3.15 - Classificação de Motores Elétricos</p><p>3.5 Especificação de quadros de motores e CCM: Transformadores e Sistemas de</p><p>distribuição de energia e outros componentes de uma instalação de motores</p><p>O sistema elétrico, de uma forma geral, tem origem em grandes usinas geradores de</p><p>energia. Essas usinas, no Brasil, em sua maioria, são de origem hidroelétrica.</p><p>Geralmente, a tensão é gerada em média tensão (2,4 a 13,8 kV). Assim, ao lado dessas</p><p>usinas são montadas estruturas com subestações para elevar essa tensão a níveis</p><p>propícios para transmissão (tais como 138/230/440 kV). Próximo aos centros urbanos,</p><p>essa alta tensão é rebaixada e inserida nas redes de distribuição.</p><p>São nessas redes de distribuição que são conectadas as cargas finais (a maioria dos</p><p>usuários), sejam eles industriais, comerciais e residenciais. No caso dos industriais</p><p>(onde existem a maioria dos motores), geralmente recebem energia em tensão</p><p>primária de distribuição. Portanto, obrigatoriamente, esse tipo de consumidor deve</p><p>possuir uma subestação primária para transformar essa tensão oriunda da</p><p>concessionária de energia a níveis de utilização. Para isso, essas instalações são</p><p>dotadas de transformadores de potência.</p><p>,</p><p>46</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 3.16 - Subestação Unitária em Fábrica</p><p>Após o secundário do transformador, são instalados QGBT´s (quadros gerais de baixa</p><p>tensão), os quais derivam alimentação para os painéis das cargas, inclusive as cargas</p><p>motóricas. As cargas motóricas geralmente são alimentadas por quadros/painéis</p><p>terminais ou quando são conjuntos de motores, por CCM´s.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 3.17 - Sistema Típico Industrial</p><p>,</p><p>47</p><p>Um quadro elétrico para motores é um quadro de distribuição terminal. Esse quadro</p><p>geralmente contém um grupo de dispositivos de proteção como disjuntores ou</p><p>fusíveis, barramentos fiação e contatores para manobra. Na porta desse quadro,</p><p>geralmente são instaladas as botoeiras e led´s de sinalização da máquina. Para a</p><p>especificação desse quadro é necessário:</p><p> Quantidade de componentes que serão instalados</p><p>internamento;</p><p> Diagrama multifilar de força e comando do circuito;</p><p> Corrente de curto-circuito presumida no ponto de instalação;</p><p> Tensão nominal do sistema;</p><p> Potência nominal do motor a ser instalado.</p><p>Esse quadro deve possuir aterramento e deve ser sinalizado para sua função. Também</p><p>deve possuir identificação das botoeiras e led´s e seus diagramas devem ser fixados</p><p>em sua porta pelo lado de dentro.</p><p>Fonte: ALPHA, S.D.</p><p>Figura 3.18 - Quadro de acionamento de motor elétrico</p><p>Centro de Controle de Motores (CCM´s)</p><p>São utilizados quando, em uma instalação, há a necessidade de ter diversos motores</p><p>para as mais diversificadas funções. Por vez, há motores que fazem parte de uma</p><p>mesma máquina e/ou processo. Quando esses diversos motores estão instalados de</p><p>forma próxima um dos outros, geralmente seus controles ficam centralizados em um</p><p>mesmo painel que é denominado CCM.</p><p>,</p><p>48</p><p>Os CCM´s são formados, basicamente, por módulos/colunas que contém</p><p>compartimentos e/ou gavetas que detém uma combinação de dispositivos de partida</p><p>de motores, botões de acionamento e de emergência, relés etc.</p><p>O barramento principal do CCM deve suportar o carregamento de todos os motores a</p><p>ele conectados. Por conta disso, ele deve ser dimensionado para tal. Os condutores</p><p>alimentadores desse CCM devem suportar tal corrente e garantir para que não haja</p><p>uma queda de tensão significativa no sistema.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 3.19 - Centro de Controle de Motores - CCM</p><p>Exercício 2: Especificar e dimensionar as gavetas de um painel CCM, sabendo que cada</p><p>gaveta alimentará motores com as seguintes características (dados de placa):</p><p>Número de fases: 3</p><p>Potência: 10 CV</p><p>Tensão nominal: 220 V</p><p>In = 25 A</p><p>Ip/In = 6 por 3 segundos</p><p>Total de gavetas  5</p><p>,</p><p>49</p><p>Solução:</p><p>O método de partida considerado será o de partida direta.</p><p>Componentes da gaveta:</p><p>01 contator tripolar</p><p>01 relé térmico</p><p>03 fusíveis tipo D</p><p>03 rabichos de condutores (interligação barramento CCM à base fusíveis)</p><p>01 botão Liga</p><p>01 botão desliga</p><p>01 led vermelho</p><p>01 rolo de cabo de comando</p><p>Dimensionamento Contator  Deverá ser tripolar com corrente nominal de no</p><p>mínimo 25 A. Deverá ser consultado o catálogo do fabricante e verificar o modelo e a</p><p>corrente máxima dos fusíveis a serem especificados.</p><p>Fonte: WEG, 2019.</p><p>Figura 3.20 - Tabela WEG - Contatores</p><p>Pela tabela acima, o modelo escolhido foi do CWM25 da Weg. Para esse modelo, a</p><p>corrente máxima dos fusíveis deverá ser de 50 A.</p><p>,</p><p>50</p><p>Dimensionamento Relé Térmico  Deverá ser tripolar e acoplado ao contator. E</p><p>deverá ter em seus ajustes possíveis, a corrente de 25 A. Deverá ser consultado o</p><p>catálogo do fabricante e verificar o modelo e a corrente máxima dos fusíveis a serem</p><p>especificados.</p><p>Fonte: WEG, S.D.b</p><p>Pela tabela acima, o modelo escolhido foi do RW67D – 25 a 40 A da Weg. Para esse</p><p>modelo, a corrente máxima dos fusíveis deverá ser de 80 A.</p><p>Dimensionamento Fusível  Deverá ser:</p><p>Ip = 6 . 25 = 150 A</p><p>,</p><p>51</p><p>Fonte: WEG, S.D.a</p><p>Os fusíveis deverão atender as seguintes premissas:</p><p>𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≥ 𝟏, 𝟐𝟎. 𝑰𝑵 = 𝟏, 𝟐𝟎. 𝟐𝟓 = 𝟑𝟎 𝑨</p><p>𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≤ 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 𝒆 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒊𝒔 ≤ 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒓𝒆𝒍é 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐</p><p>A 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒕𝒐𝒓 e 𝑰𝒇𝒖𝒔í𝒗𝒆𝒍 𝑴á𝒙𝒊𝒎𝒐 𝒓𝒆𝒍é 𝒕é𝒓𝒎𝒊𝒄𝒐 foi considerada 50 / 80 A</p><p>respectivamente (dados do fabricante).</p><p>Portanto, o fusível dimensionado para o caso deverá ser de 35 A. E o circuito força e</p><p>comando:</p><p>Dimensionamento Rabicho Condutor  Deverá atender a carga do motor em regime</p><p>e, também, ter bitola suficiente para atender aos requisitos de curto-circuito e</p><p>esforços mecânicos do CCM. Vamos considerar um CCM com calibre de 3 kA (1</p><p>segundo) em 220 V, portanto, deverá ser consultada a tabela de condutores típica para</p><p>maneira de instalar em painéis elétricos. Essa tabela faz parte da norma NBR-5410.</p><p>,</p><p>52</p><p>Fonte: NAMBEI, 2021</p><p>Figura 3.21 - Tabela de capacidade de curto-circuito - condutores isolação em</p><p>PVC</p><p>Para a corrente de 25 A, deverá ser adotado um condutor de 35 mm². Lembrando que</p><p>além de suportar a corrente de carga, a gaveta do CCM deverá suportar a corrente de</p><p>curto-circuito especificada.</p><p>O circuito de comando deverá ser alimentado em 220 V (sem necessidade de</p><p>transformador auxiliar) e utilizar condutor de 1, 5 mm².</p><p>O diagrama de força e comando para cada gaveta deverá ser:</p><p>,</p><p>53</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Conclusão</p><p>Caro estudante, neste bloco, nós vimos os principais componentes para acionamento</p><p>eletromecânico para controle e manobras de motores elétricos. Esses dispositivos são</p><p>aplicados nos circuitos de força e de comando. Para comando de motores,</p><p>conhecemos os dispositivos de força principal e auxiliares para viabilizar o</p><p>funcionamento dos equipamentos de forma segura. Também conhecemos os</p><p>dispositivos de proteção e os passos necessários para dimensionamento de quadros e</p><p>CCM´s.</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>ALPHA. Painel de Bomba de Recalque. S.D. Disponível em:</p><p><https://www.alphasistemaseletricos.com.br/painel-bomba-recalque>. Acesso em: 2</p><p>abr. 2021.</p><p>DIGITEC. Proteção: Supervisor de tensão trifásica. S.D. Disponível em:</p><p><http://www.digimec.com.br/produtos/426/supervisores-de-tensao-trifasica>. Acesso</p><p>em: 2 abr. 2021.</p><p>FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. São Paulo: Érica, 2008.</p><p>http://www.digimec.com.br/produtos/426/supervisores-de-tensao-trifasica</p><p>,</p><p>54</p><p>GUEDES, C. R. Otimização Elétrica de uma Ponte Rolante Utilizando Controle Vetorial</p><p>com Enfraquecimento de Campo. Tese de Mestrado. Vitória: Universidade Federal do</p><p>Espírito Santo, 2018.</p><p>PETRUZELLA, F. D. Motores Elétricos e Acionamentos. Porto Alegre: McGraw Hill,</p><p>2013.</p><p>NAMBEI. Informações e Tabelas Técnicas. 2021. Disponível em:</p><p><http://www.nambei.com.br/download/tabela-tecnica.pdf>. Acesso em: 25 abr. 2021.</p><p>WEG. Automação: Fusíveis D e NH. CFW Elétrica, S.D.a. Disponível em:</p><p><https://bit.ly/3B5rhHW>. Acesso em: 2 abr. 2021.</p><p>WEG. Contatores: Linha CWM. 2019. Disponível em: <https://bit.ly/3iiJxW1>. Acesso</p><p>em: 2 abr. 2021.</p><p>WEG. Disjuntores WEG. S.D.c. Disponível em: <https://bit.ly/36BEEBV>. Acesso em: 2</p><p>abr. 2021.</p><p>WEG. Réles WEG. S.D.b. Disponível em: <https://bit.ly/3id03GQ>.Acesso em: 2 abr.</p><p>2021.</p><p>http://www.nambei.com.br/download/tabela-tecnica.pdf</p><p>https://bit.ly/36BEEBV</p><p>,</p><p>55</p><p>4 CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES ELÉTRICOS</p><p>Apresentação</p><p>Caro estudante, neste bloco vamos estudar os métodos de partida de motores</p><p>elétricos de pequeno, médio e grande porte. Serão apresentados os métodos de</p><p>partida convencionais que não utilizam a tecnologia de conversores/inversores. Esses</p><p>métodos de partida são bem difundidos na indústria pois são de baixo custo, porém</p><p>tem que ser estudados para ser possível especificar de forma adequada e saber</p><p>identificar quando não é possível tais aplicações. Vamos lá?!</p><p>4.1 Seccionadoras e chaves de partida manual</p><p>Quando trabalhamos com motores elétricos, um dos instantes mais importantes é o de</p><p>partir do motor. Ou seja, aquele momento em que o motor está parado e o operador o</p><p>conecta a fonte de energia e o eixo do motor começa a girar. Nesse instante, a</p><p>corrente extraída da rede pode aumentar de 6 a 8 vezes a corrente nominal por conta</p><p>da mudança de estado do motor. Esse aumento de corrente chamamos de corrente de</p><p>partida ou pico de partida. O múltiplo da corrente de partida frente a nominal é um</p><p>dado de placa do motor simbolizado pela sigla Ip/In.</p><p>O tempo o qual a corrente de partida decresce vai depender das condições de</p><p>carregamento do motor (vazio ou em carga). Na figura a seguir é mostrada uma curva</p><p>de uma partida.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.1 - Gráfico corrente x velocidade de uma partida de um MIT</p><p>,</p><p>56</p><p>É possível</p><p>observar que, no início da curva, a velocidade (N) é mínima e a corrente é</p><p>máxima. A corrente vai decaindo até chegar ao valor da velocidade de trabalho (Nn).</p><p>Conhecendo os conceitos da máquina de indução, também é possível deduzir que a</p><p>corrente é em função da tensão. Portanto, a tensão no momento da partida interfere</p><p>na corrente extraída da rede. Esse é o conceito básico de aplicação das mais diferentes</p><p>chaves de partida disponíveis no mercado, isto é, reduzir a tensão somente no</p><p>momento da partida e, após isso, a aplicação da tensão nominal para operação em</p><p>regime.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.2 - Gráfico de corrente x tensão de um MIT</p><p>A chave de partida mais simples, é aquela acionada manualmente. Isto é, quando se</p><p>quer ligar o motor, o operador liga a chave e quando se quer desligar, desliga-se a</p><p>chave. Esse tipo de partida utiliza somente uma chave seccionadora ou disjuntor</p><p>motor (acionados de forma manual).</p><p>Os disjuntores motores se sobressaem nesse tipo de acionamento, pois incorporam os</p><p>componentes de proteção necessários para o motor. A utilização desse componente</p><p>para partida costuma ser usada para pequenos motores (até 1,5 CV). Para potências</p><p>maiores não é recomendável, pois qualquer defeito no circuito ou equipamento,</p><p>aumenta bastante o risco de o componente explodir ou sofrer um arco elétrico</p><p>durante a manobra, causando um sério acidente.</p><p>,</p><p>57</p><p>Fonte: WEG, S.D.</p><p>Figura 4.3 - Disjuntor Motor para partida</p><p>4.2 Chave de Partida Direta</p><p>Essa partida é bem simples, porém, é mais vantajosa frente a anterior. Isso ocorre por</p><p>conta da operação liga/desliga o motor que é feita por um contator através de um</p><p>comando elétrico. Esse comando geralmente fica dentro do quadro e o operador não</p><p>tem contato com o circuito de potência, assim, qualquer dano no componente de</p><p>partida não gera risco ao trabalhador. Essa chave de partida necessita de um</p><p>dimensionamento de dispositivos de proteção (fusíveis, relés etc.). Esse tipo de partida</p><p>é em tensão plena, ou seja, haverá o pico nominal do motor durante a ligação.</p><p>Por conta da corrente de partida elevada, esse tipo de chave deve ser aplicado em</p><p>motores até 5 CV (instalações residenciais e pequenos comércios) e até 10 CV em</p><p>instalações industriais.</p><p>Os critérios básicos para aplicação dessa chave são:</p><p> Pequenos motores (conforme visto anteriormente), assim limitamos as</p><p>perturbações na rede causadas pela corrente de partida;</p><p> Máquina movimentada, pois não necessita de aceleração progressiva e</p><p>possuem redutor mecânico para controle de velocidade da máquina;</p><p> Conjugado de partida elevado.</p><p>,</p><p>58</p><p>Abaixo, são citadas vantagens dessa chave de partida:</p><p> Equipamentos simples e de fácil construção;</p><p> Conjugado de partida elevado (nominal);</p><p> Partida rápida;</p><p> Baixo custo.</p><p>E, também, há desvantagens:</p><p> Grande queda de tensão no barramento de alimentação da rede;</p><p> Condutores com bitola superior à nominal (superdimensionado), o que</p><p>encarece o projeto;</p><p> Limitações técnicas de queda de tensão na rede durante a partida.</p><p>Abaixo, pode ser vista a curva do conjugado para um MIT.</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013.</p><p>Figura 4.4 Curva do Conjugado partida direta - MIT</p><p>Para o funcionamento dessa chave de partida, deve ser montado um painel de força</p><p>contendo os circuitos de força e comando para esse motor. O painel deverá ser</p><p>montado conforme diagramas abaixo:</p><p>,</p><p>59</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008</p><p>Figura 4.5 - Circuito de força e comando partida direta</p><p>Na figura acima, o circuito do lado esquerdo é o de comando e o outro é de força.</p><p>Nota-se que essa chave deve ser dimensionada com os fusíveis, contatores, relé</p><p>térmico etc. e deve contar com leds de sinalização. Os bornes 13 e 14 de K1 são do</p><p>contato de selo e os 95 e 96 são do relé de proteção térmica. Note que, para proteger</p><p>contra curtos-circuitos, são utilizados fusíveis, tanto no circuito de força como no de</p><p>comando.</p><p>4.3 Chave de partida estrela-triângulo</p><p>Essa chave de partida é amplamente utilizada em instalações industriais. Inclusive,</p><p>pode ser aplicada em motores com tensão nominal acima de 1 kV. Ela consiste em</p><p>partir o motor com uma tensão reduzida (conectado em Y) e, após o motor atingir uma</p><p>certa velocidade, a ligação é convertida para triângulo. Portanto, todos os terminais do</p><p>MIT devem ser acessíveis.</p><p>Durante a partida, a ligação estrela proporciona uma redução de 58% da tensão</p><p>nominal. A corrente de partida é reduzida em até 33% de seu valor nominal. Porém, há</p><p>uma redução do conjugado de partida. Por conta dessa redução de conjugado, que o</p><p>uso dessa chave é limitado. A figura abaixo apresenta a curva da corrente de partida</p><p>de uma chave estrela-triângulo frente a partida direta.</p><p>,</p><p>60</p><p>Fonte: FRANCHI. 2008.</p><p>Figura 4.6 - Corrente de partida chave estrela-triângulo</p><p>Na prática, a exigência principal dessa partida é que ela seja feita em vazio. Pois nesse</p><p>momento não necessita de um torque de partida elevado. Aplicando-se a carga</p><p>somente após o motor ser conectado em delta e atingir seu regime nominal. Com a</p><p>redução da tensão de alimentação no momento da partida, o torque da máquina será</p><p>de 20 a 50% do conjugado nominal. O tempo de transição entre a conexão estrela e</p><p>triângulo vai depender do tempo o qual o motor estabiliza-se com a rotação,</p><p>geralmente, entre 75% e 85% da velocidade nominal. Esse tempo de transição é</p><p>controlado através de um relé de tempo.</p><p>,</p><p>61</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.7 - Conjugado chave estrela-triângulo</p><p>Outra informação importante para aplicação dessa chave é a possibilidade de o motor</p><p>operar em 2 tensões (tensão maior e menor). Geralmente motores industriais tem</p><p>essa característica, mas deve ser conferida na placa do equipamento.</p><p>O esquema de ligação dessa chave fica:</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008</p><p>Figura 4.8 - Chave de partida estrela-triângulo</p><p>,</p><p>62</p><p>Como pode ser observado, o circuito do lado esquerdo é o de força e o direito</p><p>comando. Para essa chave funcionar, necessita-se de 3 contatores e um relé de tempo.</p><p>As ligações devem ser feitas conforme esquema elétrico.</p><p>Equacionamento da chave de partida estrela-triângulo</p><p>O conjugado desenvolvido será:</p><p>𝑻∆ = 𝑲. 𝑽𝑵</p><p>𝟐</p><p>𝑻∆ é o torque do MIT em delta;</p><p>K é a constante do motor;</p><p>𝑽𝑵 é a tensão nominal de fase.</p><p>Como queremos saber o torque do motor conectado em delta, sabemos:</p><p>𝑽𝑵 = 𝑽𝑳 𝒆 𝑰𝑵 = 𝑰𝑳</p><p>Assim:</p><p>𝑻∆ = 𝑲. 𝑽𝑳</p><p>𝟐</p><p>Em Y:</p><p>𝑽𝒇 =</p><p>𝑽𝑳</p><p>√𝟑</p><p>𝑻𝒀 = 𝑲. (</p><p>𝑽𝑳</p><p>√𝟑</p><p>)</p><p>𝟐</p><p>𝑻𝒀 = 𝑲.</p><p>𝑽𝑳</p><p>𝟐</p><p>𝟑</p><p>Portanto, o torque em estrela vale 1/3 do torque em delta. Agora, se quisermos saber</p><p>a impedância de fase de um MIT:</p><p>𝒁 =</p><p>𝑽𝑵</p><p>𝑰𝑵</p><p>√𝟑</p><p>=</p><p>√𝟑. 𝑽𝑵</p><p>𝑰𝑵</p><p>,</p><p>63</p><p>Vantagens da chave estrela- triângulo</p><p> Baixo custo em relação à chave compensadora;</p><p> Geralmente o painel é menor do que a chave compensadora por causa da</p><p>ausência do transformador;</p><p> Não há limites de manobras (sistema de acionamento).</p><p>Desvantagens:</p><p> Se a transição for feita com uma velocidade inferior 90% da rotação nominal,</p><p>poderá haver um pico de corrente considerável;</p><p> Todos os terminais do motor devem ser acessíveis;</p><p> Os valores de tensão menor/maior devem ser coerentes com a tensão</p><p>disponível na rede.</p><p>4.4 Partida compensadora: Esquema de ligação, determinação das correntes,</p><p>vantagens e desvantagens</p><p>A ideia dessa chave é a mesma da estrela-triângulo, ou seja, reduzir a tensão no motor</p><p>no momento da partida. A diferença é que, nesse caso, essa redução se dá através de</p><p>um autotransformador em série com as bobinas do motor. E, após o MIT partir, o</p><p>autotransformador é retirado de operação e o MIT recebe a tensão nominal.</p><p>Uma chave compensadora, geralmente, possui os componentes abaixo:</p><p> 01 Autotransformador conectado em Y;</p><p> 03 Contatores de força;</p><p> 03 Fusíveis retardados;</p><p> 01 Relé de tempo.</p><p>O autotransformador utilizado pela chave</p><p>compensadora tem Taps em seu</p><p>enrolamento. Esses taps geralmente são 50%, 65% e 80% da tensão de fase. Portanto,</p><p>a tensão no momento da partida pode ser ajustada conforme os Taps do</p><p>autotransformador. A corrente de partida é reduzida também em função da tensão</p><p>aplicada no momento da partida.</p><p>,</p><p>64</p><p>A definição do tap a ser utilizado irá depender do conjugado necessário para partir o</p><p>MIT. Geralmente esse tipo de partida é utilizado quando se quer uma redução da</p><p>corrente de partida e um torque de partida maior do que o conseguido pela chave</p><p>estrela-triângulo. Geralmente é utilizada para motores acima de 30 CV.</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.9 - Corrente de partida para chave compensadora</p><p>A corrente de partida fica de 1,70 à 4 vezes a corrente nominal do motor.</p><p>Com relação ao conjugado, teremos:</p><p>Tap 65%  reduz o conjugado para 42% da partida direta;</p><p>Tap 80%  reduz o conjugado para 64% da partida direta.</p><p>,</p><p>65</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.10 - Conjugado chave compensadora</p><p>A chave compensadora pode ser aplicada em motores que não possuem todos os</p><p>terminais acessíveis e sem dupla tensão. Também pode ser aplicada para motores</p><p>acima de 1 kV.</p><p>Fonte: WISE TRANSFORMADORES, S.D.</p><p>Figura 4.11 - Autotransformador de partida</p><p>O esquema de ligação fica da seguinte forma:</p><p>,</p><p>66</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.12 -Esquema de ligação chave compensadora</p><p>O equacionamento da chave de partida fica da seguinte forma:</p><p>𝑽𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂</p><p>𝑵𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂</p><p>=</p><p>𝑽𝒔𝒂í𝒅𝒂</p><p>𝑵𝒔𝒂í𝒅𝒂</p><p>= 𝒂</p><p>Se adotarmos:</p><p>𝒂 =</p><p>𝑻𝒂𝒑</p><p>𝟏𝟎𝟎</p><p>Assim:</p><p>𝑰𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂. 𝑵𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 = 𝑰𝒔𝒂í𝒅𝒂. 𝑵𝒔𝒂í𝒅𝒂</p><p>𝑰𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 = 𝑰𝒔𝒂í𝒅𝒂. 𝒂</p><p>,</p><p>67</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008</p><p>Figura 4.13 - Taps do autotrafo</p><p>Agora, o torque:</p><p>𝑻 = 𝑲. 𝑽𝑵</p><p>𝟐</p><p>𝑻𝒄𝒐𝒎𝒑𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓𝒂 = 𝑲𝒄𝒐𝒎𝒑𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓𝒂 . 𝑽𝒔𝒂í𝒅𝒂</p><p>𝟐</p><p>𝑻𝒄𝒐𝒎𝒑𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓𝒂 = 𝑲𝒄𝒐𝒎𝒑𝒆𝒏𝒔𝒂𝒅𝒐𝒓𝒂 . 𝒂𝟐. 𝑽𝑵</p><p>𝟐 = 𝒂𝟐. 𝑻𝒑𝒏𝒐𝒎𝒊𝒏𝒂𝒍</p><p>Pois a tensão 𝑽𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 é a própria tensão nominal do MIT.</p><p>Vantagens da Chave Compensadora:</p><p> Quando houver a comutação para a tensão da rede, o motor não é desligado e</p><p>o segundo pico é bem reduzido;</p><p> Diversas opções de Taps para partida;</p><p> O motor a ser aplicado pode não ter os 6 bornes acessíveis. Somente 3 é o</p><p>suficiente.</p><p>Desvantagens da Chave Compensadora:</p><p> Limitação de manobras;</p><p> Custo mais elevado por causa do autotransformador;</p><p> Painel com tamanho aumentado por causa do autotransformador.</p><p>,</p><p>68</p><p>4.5 Aceleração rotórica: Acréscimo de resistência ao rotor, curva de conjugado,</p><p>dimensionamento de componentes, sistemas de partida e aceleração;</p><p>Quando o MIT é uma máquina de rotor bobinado, é possível fazer um controle de</p><p>velocidade e de partida com a adição de um banco de resistores no circuito do rotor.</p><p>Essa conexão entre a parte girante e o banco de resistores é feita através das escovas.</p><p>Quanto maior o valor das resistências no circuito do rotor, menor será a corrente de</p><p>partida. Esses resistores devem ser instalados em série com os enrolamentos do rotor.</p><p>Fonte: DRB, S.D.</p><p>Figura 4.14 - Esquema de partida com aceleração rotórica</p><p>Quando o motor for partir, ele parte com a resistência total conectada aos</p><p>enrolamentos do rotor. E, aos poucos, essa resistência vai sendo desconectada</p><p>(automaticamente ou intencionalmente) até que motor atinja sua velocidade nominal</p><p>ou próxima. Na prática, esse momento ocorre quando colocamos o rotor em curto-</p><p>circuito, isto é, sem nenhuma resistência externa conectada.</p><p>,</p><p>69</p><p>Fonte: USP, S.D.</p><p>Figura 4.15 - Curva conjugado x velocidade - com resistência rotórica</p><p>Fonte: USP, S.D.</p><p>Figura 4.16 - Curva corrente x rotação – com resistência rotórica</p><p>,</p><p>70</p><p>Fonte: PETRUZELLA, 2013</p><p>Figura 4.17 - Controle rotórico de velocidade e partida</p><p>Abaixo segue o funcionamento dessa ligação:</p><p> Para baixa velocidade, os contatores S e H estão desligados (abertos), portanto</p><p>a resistência total está conectada no enrolamento do rotor;</p><p> Fechando os contatores S, parte da resistência é desconectada, assim observa-</p><p>se um aumento da velocidade;</p><p> Ao fechar os contatores H, atinge-se a velocidade máxima.</p><p>Esse controle de velocidade acarreta muitas perdas nas resistências e há uma</p><p>ineficiência frente a variação da carga mecânica no eixo. Atualmente, para um controle</p><p>mais fino, são utilizados elementos de eletrônica de potência no lugar dos contatores</p><p>magnéticos.</p><p>EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 1</p><p>Dimensionar uma chave de partida direta para um motor de 20 CV, seis pólos, 380 V,</p><p>60 Hz. Sabe-se que a tensão de comando é 220 V e o tempo de partida vale 2</p><p>segundos. A corrente de curto do quadro é 40 kA.</p><p>,</p><p>71</p><p>Dados de placa do motor:</p><p>In = 32,35 A</p><p>Ip/In = 7,50</p><p>Solução:</p><p>Iniciamos calculando o valor da corrente de partida:</p><p>Ip = 7,5 x 32,35 = 243 A</p><p>Dimensionamento do contator K1.</p><p>In de K1 deve ser maior ou igual a In do motor.</p><p>portanto, In K1 >= 32,35 A</p><p>Para um valor comercial, deve-se adotar a tabela do fabricante desejado e escolher o</p><p>modelo adequado (In maior ou igual ao calculado).</p><p>Dimensionamento do relé de sobrecarga FT1</p><p>O único critério é que o relé térmico tenha, entre seus ajustes disponíveis, o valor da</p><p>corrente nominal do motor. Deve ser observado os modelos disponíveis com o</p><p>fabricante desejado. Lembrando que deve haver o “casamento” entre o relé térmico e</p><p>o contator escolhido, ambos são acoplados elétrica e mecanicamente.</p><p>Dimensionamento dos fusíveis.</p><p>Deve ser tomado como base, a corrente e o tempo de partida. Esse valor deve ser</p><p>espelhado em uma curva tempo x corrente dos fusíveis do fabricante desejado.</p><p>Com base na figura a seguir, os fusíveis deverão ser de 50 A. Isso irá permitir a</p><p>passagem da corrente de partida sem queimar.</p><p>,</p><p>72</p><p>Fonte: FRANCHI, 2008.</p><p>Figura 4.18 - Curva tempo x corrente de fusíveis</p><p>Basicamente, a corrente dos fusíveis (If) devem satisfazer:</p><p> If Deve ser maior ou igual a 1,20xIn;</p><p> If Deve ser menor do que o fusível a montante (seletividade) e menor ou igual</p><p>que a corrente máxima do contator e relé térmico (fabricante);</p><p> If Deve ter um calibre de acordo com a corrente de curto-circuito do ponto</p><p>onde será instalado o painel.</p><p>EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 2</p><p>Dimensionar uma chave de partida estrela-triângulo para um motor de 20 CV, 4 pólos,</p><p>220 V, 60 Hz. O tempo de partida vale 7 segundos. E o fator de serviço vale 1,15.</p><p>Dados de placa do motor:</p><p>In = 52,60 A</p><p>Ip/In = 6,30</p><p>Solução:</p><p>Cálculos iniciais (nova corrente nominal e corrente de partida):</p><p>In (nova) = 52,60 x 1,15 = 60,50 A (aplicação do fator de serviço)</p><p>Ip = 6,30 x 60,50 = 381 A</p><p>,</p><p>73</p><p>Dimensionamento do contator K1 e K2. Quando o circuito está em regime permanente</p><p>(triângulo), a corrente que circula pelos contatores K1 e K2 não é a mesma corrente</p><p>nominal do motor.</p><p>In de K1 e K2 deve ser maior ou igual a In do motor (nova) dividido por √𝟑:</p><p>𝑰𝑲𝟏 = 𝑰𝑲𝟐 =</p><p>𝟔𝟎, 𝟓</p><p>√𝟑</p><p>≅ 𝟑𝟓 𝑨</p><p>Quando a chave está em estrela, a corrente que percorre os contatores vale</p><p>aproximadamente a terça parte da corrente do motor. Portanto:</p><p>𝑰𝑲𝟑 =</p><p>𝟔𝟎, 𝟓</p><p>𝟑</p><p>≅ 𝟐𝟎 𝑨</p><p>Com base nessas correntes, selecionamos contatores conforme tabela de algum</p><p>fabricante. Adotando-se WEG, podemos utilizar os contatores conforme abaixo:</p><p>K1 e K2  Contatores CWM40</p><p>K3  Contator CWM25</p><p>O relé térmico deverá ter no seu range de ajustes o valor de 35 A. Pois é essa a efetiva</p><p>corrente que circulará pelo contator/relé com o motor em plena carga.</p><p>Adotando-se WEG, podemos utilizar o relé térmico modelo RW671D.</p><p>A tabela de contatores e relés pode ser vista junto à catálogos do fabricante. Agora,</p><p>vamos dimensionar os fusíveis. Para isso, devemos saber a corrente de partida com o</p><p>motor conectado em estrela. Essa será:</p><p>𝑰𝑷−𝒀 =</p><p>𝟑𝟖𝟏</p><p>𝟑</p><p>= 𝟏𝟐𝟕 𝑨</p><p>Basicamente, a corrente dos fusíveis</p>