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Guia de Especificação de Motores Elétricos

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Guia de Especificação de Motores Elétricos
Motores | Automação | Energia | Transmissão & Distribuição | Tintas
Motores Elétricos
Guia de Especificação
www.weg.net
Especificação de Motores Elétricos
2
Especificação do Motor Elétrico
www.weg.net
Onde quer que haja progresso, a presença do
motor elétrico é imprescindível. Desempenhando
um importante papel para a sociedade, os
motores são o coração das máquinas modernas,
por essa razão é necessário conhecer seus
princípios fundamentais de funcionamento, desde
a construção até as aplicações.
O guia de Especifição de Motores Elétricos
WEG auxilia de maneira simples e objetiva
aqueles que compram, vendem e trabalham
com esses equipamentos, trazendo instruções
de manuseio, uso e funcionamento dos mais
diversos tipos de motores.
Na era das máquinas modernas os motores
elétricos são o combustível da inovação.
Esse material tem como objetivo apresentar
a todos os apaixonados pela eletricidade, o
crescimento contínuo das novas tecnologias, sem
perder a simplicidade do fundamental no universo
da energia.
Especificação do Motor Elétrico
3
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Índice
1. Noções Fundamentais........................................6
1.1
Motores Elétricos..................................................... 6
1.2 Conceitos Básicos................................................... 7
1.2.1Conjugado............................................................... 7
1.2.2 Energia e Potência Mecânica................................... 7
1.2.3 Energia e Potência Elétrica....................................... 7
1.2.4 Potências Aparente, Ativa e Reativa......................... 8
1.2.5 Fator de Potência..................................................... 9
1.2.6Rendimento........................................................... 11
1.2.7 Relação entre Conjugado e Potência..................... 11
1.3 Sistemas de Corrente Alternada Monofásica......... 11
1.3.1 Ligações em Série e Paralelo................................. 11
1.4.2 Ligação Estrela...................................................... 12
1.4 Sistemas de Corrente Alternada Trifásica.............. 12
1.4.1 Ligação Triângulo................................................... 12
1.5 Motor de Indução Trifásico..................................... 13
1.5.1 Princípio de Funcionamento - Campo Girante....... 13
1.5.2 Velocidade Síncrona (ns)......................................... 14
1.5.3 Escorregamento (s)................................................ 15
1.5.4 Velocidade Nominal............................................... 15
1.6 Materiais e Sistemas de Isolação........................... 15
1.6.1 Material Isolante..................................................... 15
1.6.2 Sistema Isolante..................................................... 15
1.6.3 Classes Térmicas................................................... 15
1.6.4 Materiais Isolantes em Sistemas de Isolação......... 16
1.6.5 Sistemas de Isolação WEG.................................... 16
2. Características da Rede de Alimentação......18
2.1
O Sistema.............................................................. 18
2.1.1Trifásico.................................................................. 18
2.1.2Monofásico............................................................ 18
3. Características de Alimentação do
Motor Elétrico....................................................18
3.1
3.1.1
3.2
3.2.1
3.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.4.5
3.4.6
3.5
Tensão Nominal..................................................... 18
Tensão Nominal Múltipla........................................ 18
Frequência Nominal (Hz)........................................ 19
Ligação em Frequências Diferentes....................... 19
Tolerância de Variação de Tensão e Frequência.... 20
Limitação da Corrente de Partida em Motores
Trifásicos................................................................ 20
Partida Direta......................................................... 20
Partida com Chave Estrela-Triângulo ( Y - Δ).......... 21
Partida com Chave Compensadora
(Autotransformador)............................................... 23
Comparação entre Chaves Estrela-Triângulo
e Compensadoras “Automáticas”.......................... 24
Partida com Chave Série-Paralelo......................... 24
Partida Eletrônica (Soft-Starter).............................. 25
Sentido de Rotação de Motores de Indução
Trifásicos................................................................ 25
4. Características de Aceleração........................25
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.3
4.4
4.5
4.5.1
Conjugados........................................................... 25
Curva Conjugado X Velocidade............................. 25
Categorias - Valores Mínimos Normalizados de
Conjugado............................................................. 26
Características dos Motores WEG......................... 28
Inércia da Carga..................................................... 28
Tempo de Aceleração............................................ 28
Regime de Partida................................................. 29
Corrente de Rotor Bloqueado................................ 29
Valores Máximos Normalizados ............................ 29
4
Especificação do Motor Elétrico
5. Regulagem da Velocidade de Motores
Assíncronos de Indução...................................30
5.1Variação do Número de Polos ............................... 30
5.1.1 Motores de duas Velocidades com Enrolamentos
Independentes........................................................ 30
5.1.2Dahlander............................................................... 30
5.1.3 Motores com Mais de Duas Velocidades................ 31
5.2Variação do Escorregamento.................................. 31
5.2.1 Variação da Resistência Rotórica............................ 31
5.2.2Variação da Tensão do Estator............................... 31
5.3Inversores de Frequência........................................ 31
6. Motofreio Trifásico ...........................................31
6.1Funcionamento do Freio......................................... 32
6.2Esquemas de Ligação............................................ 32
6.3Alimentação da Bobina do Freio............................. 33
6.4Conjugado de Frenagem........................................ 33
6.5Ajuste do Entreferro................................................ 33
7. Características em Regime..............................34
7.1.1 Aquecimento do Enrolamento................................ 34
7.1.2Vida Útil do Motor................................................... 35
7.1.3Classes de Isolamento............................................ 35
7.1.4Medida de Elevação de Temperatura do
Enrolamento........................................................... 35
7.2Proteção Térmica de Motores Elétricos.................. 36
7.2.1Termorresistores (Pt-100)........................................ 36
7.2.2Termistores (PTC e NTC)......................................... 36
7.1.5Aplicação a Motores Elétricos................................. 36
7.2.3 Protetores Térmicos Bimetálicos - Termostatos...... 37
7.2.4 Protetores Térmicos Fenólicos................................ 38
7.3Regime de Serviço................................................. 39
7.3.1 Regimes Padronizados........................................... 39
7.3.2 Designação do Regime Tipo................................... 42
7.3.3 Potência Nominal.................................................... 43
7.3.4Potências Equivalentes para Cargas de Pequena
Inércia..................................................................... 43
7.4Fator de Serviço (FS)............................................... 44
8. Características de Ambiente...........................44
8.1Altitude.................................................................... 44
8.2 Temperatura Ambiente........................................... 44
8.3Determinação da Potência Útil do Motor nas
Diversas Condições de Temperatura e Altitude ..... 44
8.4 Atmosfera Ambiente............................................... 45
8.4.1 Ambientes Agressivos............................................ 45
8.4.2Ambientes Contendo Poeiras ou Fibras.................. 45
8.4.3 Ambientes Explosivos............................................. 45
8.5Grau de Proteção................................................... 45
8.5.1Código de Identificação.......................................... 45
8.5.2Tipos Usuais de Graus de Proteção....................... 46
8.5.3Motores a Prova de Intempéries............................. 46
8.6 Resistência de Aquecimento.................................. 46
8.7 Limites de Ruídos................................................... 47
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9. Atmosferas Explosivas.....................................48
9.1 Áreas de Risco................................................... 48
9.2 Atmosfera Explosiva........................................... 48
9.3 Classificação das Áreas de Risco ...................... 48
9.3.1 Classes e Grupos das Áreas de Risco............... 48
9.3.2 Tipo de Proteção do Invólucro............................ 49
9.4 Classes de Temperatura..................................... 50
9.5 Equipamentos para Áreas de Risco................... 50
9.6 Equipamentos de Segurança Aumentada.......... 50
9.7 Equipamentos à Prova de Explosão .................. 51
10. Características Construtivas.........................51
10.1 Dimensões......................................................... 51
10.2 Formas Construtivas Normalizadas.................... 52
10.3 Dimensões dos Flanges..................................... 54
10.4 Pintura ............................................................... 55
10.4.1 Pintura Tropicalizada ou Tropicalização.............. 55
11. Seleção e Aplicação dos Motores
Trifásicos .........................................................55
11.1 Seleção do Tipo de Motor para Diferentes
Cargas................................................................ 57
11.2 Níveis de Rendimentos Exigidos no Brasil.......... 58
11.2.1 O Programa de Eficiência Energética no País..... 58
11.2.2 Motores IR3 Premium e IR4 Super Premium...... 58
11.2.3 W22 Magnet Drive System®............................... 59
11.3 Aplicação de Motores de Indução Alimentados
por Inversores de Frequência............................. 59
11.3.1 Aspectos Normativos......................................... 59
11.3.2 Variação da Velocidade do Motor por Meio
de Inversores de Frequência.............................. 59
11.3.3 Características dos Inversores de Frequência ... 60
11.3.3.1 Modos de Controle ............................................ 60
11.3.3.2 Harmônicas ....................................................... 61
11.3.4 Influência do Inversor no Desempenho do
Motor.................................................................. 61
--
12. Informações Ambientais ...............................64
12.1 Embalagem........................................................ 64
12.2 Produto.............................................................. 64
13. Ensaios..............................................................64
13.1 Motores Alimentados por Inversores de
Frequência.......................................................... 64
14. Anexos...............................................................65
14.1 Sistema Internacional de Unidades - SI.............. 65
14.2 Conversão de Unidades..................................... 66
14.3 Normas - ABNT e IEC........................................ 67
Especificação do Motor Elétrico
5
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1. Noções Fundamentais
1.1 Motores Elétricos
Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia
elétrica em energia mecânica. O motor de indução é o mais
usado de todos os tipos de motores, pois combina as
vantagens da utilização de energia elétrica - baixo custo,
facilidade de transporte, limpeza, simplicidade de
comando - com sua construção simples e grande
versatilidade de adaptação às cargas dos mais
diversos tipos e melhores rendimentos. Os tipos mais
comuns de motores elétricos são:
a) Motores de corrente contínua
São motores de custo mais elevado e, além disso, precisam
de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que
converta a corrente alternada comum em contínua. Podem
funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se
prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por
isso, seu uso é restrito a casos especiais em que estas
exigências compensam o custo muito mais alto da instalação
e da manutenção.
b) Motores de corrente alternada
São os mais utilizados, porque a distribuição de energia
elétrica é feita normalmente em corrente alternada. Os
principais tipos são:
Motor síncrono: funciona com velocidade fixa, ou seja, sem
interferência do escorregamento; utilizado normalmente para
grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos
menores).
Motor de indução: funciona normalmente com uma velocidade
constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica
aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez
e baixo custo, é o motor mais utilizado de todos, sendo
adequado para quase todos os tipos de máquinas acionadas,
encontradas na prática. Atualmente é possível o controle da
velocidade dos motores de indução com o auxílio de
inversores de frequência.
O Universo Tecnológico de Motores Elétricos
No diagrama acima são apresentados os tipos de
motores mais utilizados. Motores para usos específicos
e de aplicações reduzidas não foram relacionados
Tabela 1.1
6
Especificação do Motor Elétrico
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1.2 Conceitos Básicos
São apresentados a seguir os conceitos de algumas
grandezas básicas, cuja compreensão é necessária para
melhor acompanhar as explicações das outras partes
deste guia.
1.2.1 Conjugado
O conjugado (também chamado torque ou momento) é a
medida do esforço necessário para girar um eixo.
Pela experiência prática observa-se que para levantar um
peso por um processo semelhante ao usado em poços
(figura 1.1) a força F que é preciso aplicar à manivela
depende do comprimento E da mesma. Quanto maior for a
manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o
tamanho E da manivela, a força F necessária será diminuída
à metade.
No exemplo da figura 1.1, se o balde pesa 20 N e o diâmetro
do tambor é 0,20 m, a corda transmitirá uma força de
20 N na superfície do tambor, isto é, a 0,10 m do centro do
eixo. Para contrabalançar esta força, precisa-se de 10 N na
manivela, se o comprimento E for de 0,20 m. Se E for o
dobro, isto é, 0,40 m, a força F será a metade, ou seja 5 N.
Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o
eixo não basta definir a força empregada: é preciso também
dizer a que distância do centro eixo a força é aplicada.
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da
força pela distância, F x E. No exemplo citado, o conjugado
vale:
C = 20 N x 0,10 m = 10 N x 0,20 m = 5 N x 0,40 m = 2,0 Nm
C=F.E
(N . m)
elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos,
a potência necessária será:
F.d
Pmec =
(W)
t
490
P1 = 2,0
=
245 W
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de
realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária
será:
490
P2 = 1,3
=
377 W
A unidade usada no Brasil para medida de potência
mecânica é o cv (cavalo-vapor), equivalente a 0,736 kW
(unidade de medida utilizada internacionalmente para o
mesmo fim).
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv)
P (cv) = 1,359 P (kW)
Então as potências dos dois motores acima serão:
245
P1 =
1
377
=
736
cv
3
P2 =
1
=
736
cv
2
Para movimentos circulares
C
=
v
=
F.r
(N.m)
π . d. n
(m/s)
60
F.d
Figura 1.1
Pmec =
1.2.2 Energia e potência mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é
aplicada ou consumida. No exemplo anterior, se o poço tem
24,5 metros de profundidade, a energia gasta, ou trabalho
(W) realizado para trazer o balde do fundo até a boca do
poço é sempre a mesma, valendo 20 N x 24,5 m =
490 Nm
Nota: a unidade de medida de energia mecânica, Nm, é a mesma que
usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem ser confundidas.
W=F.d
(N . m)
OBS.: 1 Nm = 1 J = Potência x tempo = Watts x segundo
A potência exprime a rapidez com que esta energia é
aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total
pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se usarmos um motor
(cv)
736 . t
onde: C
= conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
1.2.3 Energia e potência elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar
de formas diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma
rede elétrica com tensão, passará uma corrente elétrica que
irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia
elétrica e a transforma em calor, que também é uma forma
de energia. Um motor elétrico absorve energia elétrica da
rede e a transforma em energia mecânica disponível na
ponta do eixo.
Especificação do Motor Elétrico
7
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Circuitos de corrente contínua
A “potência elétrica”, em circuitos de corrente contínua, pode
ser obtida através da relação da tensão (U), corrente (I) e
resistência (R) envolvidas no circuito, ou seja:
P
=
U.I
(W)
ou,
A unidade de medida usual para potência elétrica é o Watt
(W), correspondente a 1 Volt x 1 Ampère, ou seu múltiplo, o
quilowatt = 1.000 Watts. Esta unidade também é usada para
medida de potência mecânica. A unidade de medida usual
para energia elétrica é o quilo-watt-hora (kWh)
correspondente à energia fornecida por uma potência de 1
kW funcionando durante uma hora - é a unidade que
aparece, para cobrança, nas contas de luz.
U2
P
=
(W)
1.2.4 Potências Aparente, Ativa e Reativa
(W)
Potência aparente (S)
É o resultado da multiplicação da tensão pela corrente
(S = U . I para sistemas monofásicos e S = √3 . U . I, para
sistemas trifásicos). Corresponde à potência que existiria se
não houvesse defasagem da corrente, ou seja, se a carga
fosse formada por resistências. Então,
R
ou,
P
=
Onde: U
I
R
P
R . I²
= tensão em Volt
= corrente Ampère
= resistência em Ohm
= potência média em Watt
P
Circuitos de corrente alternada
a) Resistência
No caso de “resistências”, quanto maior a tensão da rede,
maior será a corrente e mais depressa a resistência irá se
aquecer. Isto quer dizer que a potência elétrica será maior.
A potência elétrica absorvida da rede, no caso da
resistência, é calculada multiplicando-se a tensão da rede
pela corrente, se a resistência (carga), for monofásica.
P
=
U f . If
(W)
No sistema trifásico a potência em cada fase da carga será
Pf = Uf x If, como se fosse um sistema monofásico
independente. A potência total será a soma das potências
das três fases, ou seja:
P
= 3Pf = 3 . Uf . If
Lembrando que o sistema trifásico é ligado em estrela ou
triângulo, temos as seguintes relações:
Ligação estrela:
U
Ligação triângulo: U
= √ 3 . U f e I = If
=
Uf
S =
Evidentemente, para as cargas resistivas, cos ϕ = 1 e a
potência ativa se confunde com a potência aparente.
A unidade de medida para potência aparente é o VoltAmpère (VA) ou seu múltiplo, o quilo-Volt-Ampère (kVA).
Potência ativa (P)
É a parcela da potência aparente que realiza trabalho, ou
seja, que é transformada em energia.
P =√3
P = S . cos ϕ (W)
Q = √3 . U. I sen ϕ (VAr)
ou
Q = S . sen ϕ (VAr)
Triângulo de potências
ϕ
(W)
b) Cargas reativas
Para as “cargas reativas”, ou seja, onde existe defasagem
entre o ângulo da tensão e da corrente, como é o caso dos
motores de indução, esta defasagem tem que ser levada em
conta e a expressão fica:
= √ 3 . U . I . cos ϕ (W)
Onde: U
= Tensão de linha
I
= Corrente de linha
cos ϕ = Ângulo de defasagem entre a tensão e a corrente de fase.
8
ou
e I = √ 3 . If
Nota: esta expressão vale para a carga formada por resistências, onde não
há defasagem da corrente.
P
. U . I . cos ϕ (W)
Potência reativa (Q)
É a parcela da potência aparente que “não” realiza trabalho.
Apenas é transferida e armazenada nos elementos passivos
(capacitores e indutores) do circuito.
Assim, a potência total, para ambas as ligações, será:
P = √3 .U.I
(VA)
Cos ϕ
Especificação do Motor Elétrico
Figura 1.2 - Triângulo de potências (carga indutiva)
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1.2.5 Fator de Potência
O fator de potência, indicado por cos ϕ, onde ϕ é o ângulo
de defasagem da tensão em relação à corrente, é a relação
entre a potência ativa (P) e a potência aparente (S)
(figura 1.2).
P
cos ϕ
=
=
P (kW) . 1000
3 .U.I
S
Assim,
g Carga Resistiva: cos ϕ = 1
g Carga Indutiva: cos ϕ atrasado
g Carga Capacitiva: cos ϕ adiantado
Nota: os termos, atrasado e adiantado, referem-se ao ângulo da corrente em
relação à tensão.
Um motor não consome apenas potência ativa que é depois
convertida em trabalho mecânico e calor (perdas), mas
também potência reativa, necessária para magnetização,
mas que não produz trabalho. No diagrama da figura 1.3, o
vetor P representa a potência ativa e o Q a potência reativa,
que somadas resultam na potência aparente S.
Importância do fator de potência
O motor elétrico é uma peça fundamental, pois dentro das
indústrias, representa mais de 60% do consumo de energia.
Logo, é imprescindível a utilização de motores com potência
e características bem adequada a sua função, pois o fator de
potência varia com a carga do motor.
Correção do fator de potência
O aumento do fator de potência é realizado com a ligação de
uma carga capacitiva, em geral, um capacitor ou motor
síncrono super excitado, em paralelo com a carga.
Por exemplo:
Um motor elétrico, trifásico de 100 cv (75 kW), IV polos,
operando com 100% da potência nominal, com fator de
potência original de 0,87 e rendimento de 93,5%. Deseja-se
calcular a potência reativa necessária para elevar o fator de
potência para 0,95.
Solução:
Utilizando-se da tabela 1.2, na intersecção da linha 0,87 com
a coluna de 0,95, obtém-se o valor de 0,238, que
multiplicado pela potência absorvida da rede pelo motor em
kW, resulta no valor da potência reativa necessária para
elevar-se o fator de potência de 0,87 para 0,95.
Q = P (cv) x 0,736 x F x 100%
Rend. %
= 100 x 0,736 x 0,238 x 100%
93,5%
Q =18,735 kVAr
Figura 1.3 - O fator de potência é determinado medindo-se a potência de
entrada, a tensão e a corrente de carga nominal
Onde: Q
=Potência trifásica do banco de capacitores a ser instalado
P(cv) = Potência nominal do motor
F
= Fator obtido na tabela 1.2
Rend. % = Rendimento do motor
Visando otimizar o aproveitamento do sistema elétrico brasileiro,
reduzindo o trânsito de energia reativa nas linhas de
transmissão, subtransmissão e distribuição, a portaria do
DNAEE número 85, de 25 de março de 1992, determina que o
fator de potência de referência das cargas passe de 0,85 para
0,92. A mudança do fator de potência, dá maior disponibilidade
de potência ativa no sistema, já que a energia reativa limita a
capacidade de transporte de energia útil (ativa).
Especificação do Motor Elétrico
9
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Fator de
Fator de potência desejado
potência
original
0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96
0,98
0,99
1,00
0,50
0,982 1,008 1,034 1,060 1,086 1,112
1,139
1,165 1,192 1,220 1,248 1,276 1,306 1,337 1,369 1,403 1,442 1,481 1,529 1,590 1,732
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,937
0,893
0,850
0,809
0,769
0,962
0,919
0,876
0,835
0,795
0,989
0,945
0,902
0,861
0,821
1,015
0,971
0,928
0,887
0,847
1,041
0,997
0,954
0,913
0,873
1,067
1,023
0,980
0,939
0,899
1,094
1,060
1,007
0,966
0,926
1,120
1,076
1,033
0,992
0,952
1,147
1,103
1,060
1,019
0,979
1,175
1,131
1,088
1,047
1,007
1,203
1,159
1,116
1,075
1,035
1,231
1,187
1,144
1,103
1,063
1,261
1,217
1,174
1,133
1,090
1,292
1,248
1,205
1,164
1,124
1,324
1,280
1,237
1,196
1,456
1,358
1,314
1,271
1,230
1,190
1,395
1,351
1,308
1,267
1,228
1,436
1,392
1,349
1,308
1,268
1,484
1,440
1,397
1,356
1,316
1,544
1,500
1,457
1,416
1,377
1,687
1,643
1,600
1,359
1,519
0,56
0,57
0,58
0,59
0,60
0,730
0,692
0,655
0,618
0,584
0,756
0,718
0,681
0,644
0,610
0,782
0,744
0,707
0,670
0,636
0,808
0,770
0,733
0,696
0,662
0,834
0,796
0,759
0,722
0,688
0,860
0,882
0,785
0,748
0,714
0,887
0,849
0,812
0,775
0,741
0,913
0,875
0,838
0,801
0,767
0,940
0,902
0,865
0,828
0,794
0,968
0,930
0,893
0,856
0,822
0,996
0,958
0,921
0,884
0,850
1,024
0,986
0,949
0,912
0,878
1,051
1,013
0,976
0,943
0,905
1,085
1,047
1,010
0,973
0,939
1,117
1,079
1,042
1,005
0,971
1,151
1,113
1,076
1,039
1,005
1,189
1,151
1,114
1,077
1,043
1,229
1,191
1,154
1,117
1,083
1,277
1,239
1,202
1,165
1,131
1,338
1,300
1,263
1,226
1,192
1,480
1,442
1,405
1,368
1,334
0,61
0,62
0,63
0,64
0,65
0,549
0,515
0,483
0,450
0,419
0,575
0,541
0,509
0,476
0,445
0,601
0,567
0,535
0,502
0,471
0,627
0,593
0,561
0,528
0,497
0,653
0,619
0,587
0,554
0,523
0,679
0,645
0,613
0,580
0,549
0,706
0,672
0,640
0,607
0576
0,732
0,698
0,666
0,633
0,602
0,759
0,725
0,693
0,660
0,629
0,787
0,753
0,721
0,688
0,657
0,815
0,781
0,749
0,716
0,685
0,843
0,809
0,777
0,744
0,713
0,870
0,836
0,804
0,771
0,740
0,904
0,870
0,838
0,805
0,774
0,936
0,902
0,870
0,837
0,806
0,970
0,936
0,904
0,871
0,840
1,008
0,974
0,942
0,909
0,878
1,048
1,014
0,982
0,949
0,918
1,096
1,062
1,000
0,997
0,966
1,157
1,123
1,091
1,066
1,027
1,299
1,265
1,233
1,200
1,169
0,66
0,67
0,68
0,69
0,70
0,388
0,358
0,329
0,299
0,270
0,414
0,384
0,355
0,325
0,296
0,440
0,410
0,381
0,351
0,322
0,466
0,436
0,407
0,377
0,348
0,492
0,462
0,433
0,403
0,374
0,518
0,488
0,459
0,429
0,400
0,545
0,515
0,486
0,456
0,427
0,571
0,541
0,512
0,482
0,453
0,598
0,568
0,539
0,509
0,480
0,26
0,596
0,567
0,537
0,508
0,654
0,624
0595
0,565
0,536
0,692
0,652
0,623
0,593
0,564
0,709
0,679
0,650
0,620
0,591
0,742
0,713
0,684
0,654
0,625
0,755
0,745
0,716
0,686
0,657
0,809
0,779
0,750
0,720
0,691
0,847
0,817
0,788
0,758
0,729
0,887
0,857
0,828
0,798
0,769
0,935
0,906
0,876
0,840
0,811
0,996
0,966
0,937
0,907
0,878
1,138
1,108
1,079
1,049
1,020
0,71
0,72
0,73
0,74
0,75
0,242
0,213
0,186
0,159
0,132
0,268
0,239
0,212
0,185
0,158
0,294
0,265
0,238
0,211
0,184
0,320
0,291
0,264
0,237
0,210
0,346
0,317
0,290
0,263
0,236
0,372
0,343
0,316
0,289
0,262
0,399
0,370
0,343
0,316
0,289
0,425
0,396
0,369
0,342
0,315
0,452
0,423
0,396
0,369
0,342
0,480
0,451
0,424
0,397
0,370
0,508
0,479
0,452
0,425
0,398
0,536
0,507
0,480
0,453
0,426
0,563
0,534
0,507
0,480
0,453
0,597
0,568
0,541
0,514
0,487
0,629
0,600
0,573
0,546
0,519
0,663
0,624
0,607
0,580
0,553
0,701
0,672
0,645
0,618
0,591
0,741
0,712
0,685
0,658
0,631
0,783
0,754
0,727
0,700
0,673
0,850
0,821
0,794
0,767
0,740
0,992
0,963
0,936
0,909
0,882
0,76
0,77
0,78
0,79
0,80
0,106
0,079
0,053
0,026
0,000
0,131
0,106
0,079
0,062
0,026
0,157
0,131
0,105
0,078
0,062
0,183
0,157
0,131
0,104
0,078
0,209
0,183
0,157
0,130
0,104
0,235
0,209
0,183
0,153
0,130
0,262
0,236
0,210
0,183
0,157
0,288
0,262
0,236
0,209
0,183
0,315
0,289
0,263
0,236
0,210
0,343
0,317
0,291
0,264
0,238
0,371
0,345
0,319
0,292
0,266
0,399
0,373
0,347
0,320
0,264
0,426
0,400
0,374
0,347
0,321
0,460
0,434
0,408
0,381
0,355
0,492
0,466
0,440
0,403
0,387
0,526
0,500
0,474
0,447
0,421
0,564
0,538
0,512
0,485
0,459
0,604
0,578
0,562
0,525
0,499
0,652
0,620
0,594
0,567
0,541
0,713
0,686
0,661
0,634
0,608
0,855
0,829
0,803
0,776
0,750
0,000 0,026 0,062 0,078
0,000 0,026 0,062
0,000 0,026
0,000
0,104
0,078
0,062
0,026
0,000
0,131
0,105
0,079
0,053
0,027
0,157
0,131
0,105
0,079
0,053
0,184
0,158
0,132
0,106
0,080
0,212
0,186
0,160
0,14
0,108
0,240
0,214
0,188
0,162
0,136
0,268
0,242
0,216
0,190
0,164
0,295
0,269
0,243
0,217
0,194
0,329
0,303
0,277
0,251
0,225
0,361
0,335
0,309
0,283
0,257
0,395
0,369
0,343
0,317
0,191
0,433
0,407
0,381
0,355
0,229
0,473
0,447
0,421
0,395
0,369
0,515
0,496
0,463
0,437
0,417
0,582
0,556
0,536
0,504
0,476
0,724
0,696
0,672
0,645
0,620
0,000 0,026 0,053 0,081 0,109
0,027 0,055 0,082
0,028 0,056
0,028
0,137
0,111
0,084
0,056
0,028
0,167
0,141
0,114
0,086
0,058
0,198
0,172
0,145
0,117
0,089
0,230
0,204
0,177
0,149
0,121
0,265
0,238
0,211
0,183
0,155
0,301
0,275
0,248
0,220
0,192
0,343
0,317
0,290
0,262
0,234
0,390
0,364
0,337
0,309
0,281
0,451
0,425
0,398
0,370
0,342
0,593
0,567
0,540
0,512
0,484
0,030 0,061 0,093 0,127
0,031 0,063 0,097
0,032 0,068
0,034
0,164
0,134
0,103
0,071
0,037
0,206
0,176
0,145
0,113
0,079
0,253
0,223
0,192
0,160
0,126
0,314
0,284
0,253
0,221
0,187
0,456
0,426
0,395
0,363
0,328
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,86
0,87
0,88
0,89
0,90
0,91
0,92
0,93
0,94
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
Tabela 1.2 - Correção do fator de potência
10
0,97
Especificação do Motor Elétrico
0,042 0,089 0,149 0,292
0,047 0,108 0,251
0,061 0,203
0,142
www.weg.net
1.2.6 Rendimento
O rendimento define a eficiência com que é feita a conversão
da energia elétrica absorvida da rede pelo motor, em energia
mecânica disponível no eixo. Chamando “Potência útil” Pu a
potência mecânica disponível no eixo e “Potência absorvida”
Pa a potência elétrica que o motor retira da rede, o
rendimento será a relação entre as duas, ou seja:
η=
Pu (W)
736 . P (cv)
=
Pa (W)
1000 . P (kW)
√ 3 . U . I. cos ϕ
=
√ 3 . U . I . cos ϕ
ou
736 . P (cv)
η% =
√ 3 . U . I cos ϕ
. 100
1.2.7 Relação entre Conjugado e Potência
Quando a energia mecânica é aplicada sob a forma de
movimento rotativo, a potência desenvolvida depende do
conjugado C e da velocidade de rotação n. As relações são:
C (kgfm) . n (rpm)
P (cv)
=
716
C (kgfm) . n (rpm)
P (kW)
=
974
Inversamente
716 . P (cv)
C (kgfm) =
n (rpm)
C (Nm) =
C (Nm) . n (rpm)
=
7024
C (Nm) . n (rpm)
=
9555
974 . P (kW)
=
n (rpm)
7024 . P (cv)
9555 . P (kW)
=
n (rpm)
Se representarmos num gráfico os valores de U e I, a cada
instante, vamos obter a figura 1.4b. Na figura 1.4b estão
também indicadas algumas grandezas que serão definidas
em seguida. Note que as ondas de tensão e de corrente não
estão “em fase”, isto é, não passam pelo valor zero ao
mesmo tempo, embora tenham a mesma frequência; isto
acontece para muitos tipos de carga, por exemplo,
enrolamentos de motores (cargas reativas).
n (rpm)
1.3 Sistemas de Corrente Alternada Monofásica
A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a
tensão, em vez de permanecer fixa, como entre os polos de
uma bateria, varia com o tempo, mudando de sentido
alternadamente.
No sistema monofásico uma tensão alternada U (Volt) é
gerada e aplicada entre dois fios, aos quais se liga a carga,
que absorve uma corrente I (Ampère) - ver figura 1.4a.
Frequência
É o número de vezes por segundo que a tensão muda de
sentido e volta à condição inicial. É expressa em “ciclos por
segundo” ou “Hertz”, simbolizada por Hz.
Tensão máxima (Umáx)
É o valor de “pico” da tensão, ou seja, o maior valor
instantâneo atingido pela tensão durante um ciclo (este valor
é atingido duas vezes por ciclo, uma vez positivo e uma vez
negativo).
Corrente máxima (Imáx)
É o valor de “pico” da corrente.
Valor eficaz de tensão e corrente (U e I)
É o valor da tensão e corrente contínuas que desenvolvem
potência correspondente àquela desenvolvida pela corrente
alternada. Pode-se demonstrar que o valor eficaz vale:
U = Umáx /√ 2
e
I = Imáx /√ 2 .
Exemplo:
Se ligarmos uma “resistência” a um circuito de
corrente alternada (cos ϕ = 1) com Umáx = 311 V e
Imáx = 14, 14 A,
A potência desenvolvida será:
P = U . I . COS ϕ =
Umax Imax
.
. 311 . 14,14 . 1
√2
√ 2
P = 2.200 Watts = 2,2 kW
OBS.: normalmente, quando se fala em tensão e corrente, por exemplo, 220
V ou 10 A, sem especificar mais nada, estamos nos referindo à valores
eficazes da tensão ou da corrente, que são empregados na prática.
Defasagem (ϕ)
É o “atraso” da onda de corrente em relação à onda da
tensão (ver figura 1.4b). Em vez de ser medido em tempo
(segundos), este atraso é geralmente medido em ângulo
(graus) correspondente à fração de um ciclo completo,
considerando 1 ciclo = 360o. Mas comumente a defasagem
é expressa pelo cosseno do ângulo (ver item “1.2.5 - Fator de
potência”).
1.3.1 Ligações em Série e Paralelo
Figura 1.4a
Figura 1.4b
Figura 1.5a
Figura 1.5b
Especificação do Motor Elétrico
11
www.weg.net
Se ligarmos duas cargas iguais a um sistema monofásico,
esta ligação pode ser feita em dois modos:
g ligação em série (figura 1.5a), em que a corrente total do
circuito percorre as duas cargas. Neste caso, a tensão em
cada carga será a metade da tensão do circuito.
g ligação em paralelo (figura 1.5b), em que é aplicada às duas cargas a tensão do circuito. Neste caso, a corrente em cada
carga será a metade da corrente total do circuito.
1.4 Sistemas de Corrente Alternada Trifásica
O sistema trifásico é formado pela associação de três
sistemas monofásicos de tensões U1, U2 e U3 tais que a
defasagem entre elas seja de 120o, ou seja, os “atrasos” de
U2 em relação a U1, de U3 em relação a U2 e de U1 em
relação a U3 sejam iguais a 120o (considerando um ciclo
completo = 360o ). O sistema é equilibrado se as três
tensões têm o mesmo valor eficaz U1 = U2 = U3 conforme
figura 1.6.
Figura 1.7a - Ligações
→
→
→
Figura 1.7b - Diagrama elétrico
Figura 1.7c - Diagrama fasorial
Corrente de linha (I)
É a corrente em qualquer um dos três fios L1, L2 e L3.
Tensão e corrente de fase (Uf e If )
É a tensão e corrente de cada um dos três sistemas
monofásicos considerados.
Examinando o esquema da figura 1.7b, vê-se que:
Figura 1.6
Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando
os fios desnecessários, teremos um sistema trifásico
equilibrado: três tensões U1, U2 e U3 equilibradas, defasadas
entre si de 120o e aplicadas entre os três fios do sistema.
A ligação pode ser feita de duas maneiras, representadas
nos esquemas seguintes. Nestes esquemas, costuma-se
representar as tensões com setas inclinadas ou vetores
girantes, mantendo entre si o ângulo correspondente à
defasagem (120o), conforme figuras 1.7a, b e c, e figuras 1.8a,
b e c.
1.4.1 Ligação Triângulo
Se ligarmos os três sistemas monofásicos entre si, como
indicam as figuras 1.7a, b e c, podemos eliminar três fios,
deixando apenas um em cada ponto de ligação, e o sistema
trifásico ficará reduzido a três fios L1, L2 e L3.
Tensão de linha (U)
É a tensão nominal do sistema trifásico aplicada entre dois
dos três fios L1, L2 e L3.
12
Especificação do Motor Elétrico
U = Uf
I = √ 3 . If = 1,732 If
→
→ →
I = If3 - If1 (figura 1.7c)
Exemplo:
Temos um sistema equilibrado de tensão nominal 220 V. A
corrente de linha medida é 10 A. Ligando a este sistema uma
carga trifásica composta de três cargas iguais ligadas em
triângulo, qual a tensão e a corrente em cada uma das
cargas?
Temos Uf = U1 = 220 V em cada uma das cargas.
Se I = 1,732 . If, temos que If = 0,577 . I = 0,577 . 10 = 5,77 A
em cada uma das cargas.
1.4.2 Ligação Estrela
Ligando um dos fios de cada sistema monofásico a um
ponto comum aos três, os três fios restantes formam um
sistema trifásico em estrela (figura 1.8a). Às vezes, o sistema
trifásico em estrela é “a quatro fios” ou “com neutro”.
O quarto fio é ligado ao ponto comum às três fases.
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A tensão de linha ou tensão nominal do sistema trifásico e a
corrente de linha, são definidas do mesmo modo que na
ligação triângulo.
10
8
2
3
5
12
9
6
7
11
4
1
Figura 1.8a - Ligações
Figura 1.9
→
→
→
Rotor
g Eixo (7) - transmite a potência mecânica desenvolvida pelo
motor.
g Núcleo de chapas (3) - as chapas possuem as mesmas
características das chapas do estator.
g Barras e anéis de curto-circuito (12) - são de alumínio
injetado sob pressão numa única peça.
Outras partes do motor de indução trifásico:
Tampa (4)
g Ventilador (5)
g Tampa defletora (6)
g Caixa de ligação (9)
g Terminais (10)
g Rolamentos (11)
g
Figura 1.8b - Diagrama elétrico
Figura 1.8c - Diagrama fasorial
Examinando o esquema da figura 1.8b, vê-se que:
I = If
U =√ 3 . Uf = 1,732 . Uf
→
→
→
U = Uf1 - Uf2 (figura 1.8c)
Exemplo:
Temos uma carga trifásica composta de três cargas iguais;
cada carga é feita para ser ligada a uma tensão de 220 V,
absorvendo 5,77 A. Qual a tensão nominal do sistema trifásico
que alimenta estas cargas ligadas em estrela em suas
condições nominais (220 V e 5,77 A)? Qual a corrente de
linha?
Temos Uf = 220 V (tensão nominal de cada carga)
U = 1,732 . 220 = 380 V
I = If = 5,77 A
1.5 Motor de Indução Trifásico
O motor de indução trifásico (figura 1.9) é composto
fundamentalmente de duas partes: estator e rotor.
Estator
g Carcaça (1) - é a estrutura suporte do conjunto de
construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio
injetado, resistente à corrosão e normalmente com aletas.
g Núcleo de chapas (2) - as chapas são de aço magnético.
g Enrolamento trifásico (8) - três conjuntos iguais de bobinas,
uma para cada fase, formando um sistema trifásico
equilibrado ligado à rede trifásica de alimentação.
Daremos, neste guia, ênfase ao “motor de gaiola”, cujo rotor
é constituído de um conjunto de barras não isoladas e
interligadas por anéis de curto-circuito. O que caracteriza o
motor de indução é que só o estator é ligado à rede de
alimentação. O rotor não é alimentado externamente e as
correntes que circulam nele, são induzidas
eletromagneticamente pelo estator, de onde provém o seu
nome: motor de indução.
1.5.1 Princípio de Funcionamento - Campo Girante
Quando uma bobina é percorrida por uma corrente elétrica,
é criado um campo magnético orientado conforme o eixo da
bobina e de valor proporcional à corrente.
Figura 1.10a
Figura 1.10b
Especificação do Motor Elétrico
13
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a) Na figura 1.10a é indicado um “enrolamento monofásico” atravessado por uma corrente I e o campo H criado por
ela. Enrolamento é constituído de um par de polos (um
polo “norte” e um polo “sul”), cujos efeitos se somam para
estabelecer o campo H. O fluxo magnético atravessa o
rotor entre os dois polos e se fecha através do núcleo do
estator. Se a corrente I é alternada, o campo H também
é, e o seu valor a cada instante será representando pelo
mesmo gráfico da figura 1.4b, inclusive invertendo o
sentido em cada meio ciclo. O campo H é “pulsante”, pois
sua intensidade “varia” proporcionalmente à corrente,
sempre na “mesma” direção norte-sul.
b) Na figura 1.10b é indicado um “enrolamento trifásico”, que
é composto por três monofásicos espaçados entre si de
120o. Se este enrolamento for alimentado por um sistema
trifásico, as correntes I1, I2 e I3 criarão, do mesmo modo,
os seus próprios campos magnéticos H1, H2 e H3. Estes
campos são deslocados 120º entre si. Além disso, como
são proporcionais às respectivas correntes, serão
defasados no tempo, também de 120o entre si e podem
ser representados por um gráfico igual ao da figura 1.6.
O campo total H resultante, a cada instante, será igual à soma gráfica dos três campos H1, H2 e H3 naquele instante.
Na figura 1.11, representamos esta soma gráfica para seis
instantes sucessivos.
Diagrama fasorial
o campo do estator é rotativo, o rotor tende a acompanhar a
rotação deste campo. Desenvolve-se então, no rotor, um
conjugado motor que faz com que ele gire, acionando a
carga.
1.5.2 Velocidade Síncrona (ns)
A velocidade síncrona do motor é definida pela velocidade
de rotação do campo girante, a qual depende do número de
polos (2p) do motor e da frequência (f) da rede, em Hertz.
Os enrolamentos podem ser construídos com um ou mais pares
de polos, que se distribuem alternadamente (um “norte” e um
“sul”) ao longo da periferia do núcleo magnético. O campo
girante percorre um par de polos (p) a cada ciclo. Assim, como
o enrolamento tem polos ou “p” pares de polos, a velocidade do
campo é:
60 . f
ns
=
120 . f
=
p
(rpm)
2p
Exemplos:
a) Qual a rotação síncrona de um motor de VI polos, 50 Hz?
120 . 50
ns
=
= 1000 rpm
6
b) Motor de XII polos, 60 Hz?
120 . 60
ns
Fasor/Vetor
=
= 600 rpm
12
Note que o número de polos do motor terá que ser sempre
par, para formar os pares de polos. Para as frequências e
“polaridades” usuais, as velocidades síncronas são:
Nº de polos
Figura 1.11
No instante (1), a figura 1.11, mostra que o campo H1 é
máximo e os campos H2 e H3 são negativos e de mesmo
valor, iguais a 0,5. O campo resultante (soma gráfica) é
mostrado na parte inferior da figura 1.11 (1), tendo a mesma
direção do enrolamento da fase 1.
Repetindo a construção para os pontos 2, 3, 4, 5 e 6 da
figura 1.6, observa-se que o campo resultante H tem
intensidade “constante”, porém sua direção vai “girando”,
completando uma volta no fim de um ciclo.
Assim, quando um enrolamento trifásico é alimentado por
correntes trifásicas, cria-se um “campo girante”, como se
houvesse um único par de polos girantes, de intensidade
constante. Este campo girante, criado pelo enrolamento
trifásico do estator, induz tensões nas barras do rotor (linhas
de fluxo magnético cortam as barras do rotor), que por estar
curto-circuitadas geram correntes, e, consequentemente,
um campo no rotor, de polaridade oposta à do campo
girante do estator. Como campos opostos se atraem e como
14
Especificação do Motor Elétrico
Rotação síncrona por minuto
60 Hertz
50 Hertz
II
3.600
3.000
IV
1.800
1.500
VI
1.200
1.000
VIII
900
750
X
720
600
Tabela 1.3 - Velocidades síncronas
Para motores de “dois polos”, como no item 1.5.1, o campo
percorre uma volta a cada ciclo. Assim, os graus elétricos
equivalem aos graus mecânicos. Para motores com mais de
dois polos, de acordo com o número de polos, um giro
“geométrico” menor é percorrido pelo campo.
Exemplo:
Para um motor de VI polos teremos, em um ciclo completo,
um giro do campo de 360o x 2/6 = 120o mecânicos.
Isto equivale, logicamente, a 1/3 da velocidade em II polos.
Conclui-se, assim, que:
Graus elétricos = Graus mecânicos x p
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1.5.3 Escorregamento (s)
Se o motor gira a uma velocidade diferente da velocidade
síncrona, ou seja, diferente da velocidade do campo girante,
o enrolamento do rotor “corta” as linhas de força magnética
do campo e, pelas leis do eletromagnetismo, circularão nele
correntes induzidas. Quanto maior a carga, maior terá que
ser o conjugado necessário para acioná-la.
Para obter um maior conjugado, terá que ser maior a
diferença de velocidade, para que as correntes induzidas e
os campos produzidos sejam maiores. Portanto, à medida
que a carga aumenta, a rotação do motor diminui. Quando a
carga é zero, motor em vazio, o rotor girará praticamente
com a rotação síncrona.
A diferença entre a velocidade do motor (n) e a velocidade
síncrona (ns) chama-se escorregamento (s), que pode ser
expresso em rotações por minuto (rpm), como fração da
velocidade síncrona, ou como ainda, porcentagem desta:
s (rpm) = ns - n ;
s=
ns - n
;
ns
s (%) =
ns - n
. 100
ns
Portanto, para um dado escorregamento s (%), a velocidade
do motor será:
s (%)
)
n = ns . (1 100
Exemplo:
Qual é o escorregamento de um motor de VI polos, 50 Hz,
se sua velocidade é de 960 rpm?
1000 - 960
s (%)
=
. 100
1000
s (%) = 4%
1.5.4 Velocidade Nominal
É a velocidade (rpm) do motor funcionando à potência
nominal, sob tensão e frequência nominais. Conforme foi
visto no item 1.5.3, depende do escorregamento e da
velocidade síncrona.
s%
n = ns . (1 -
)
rpm
100
1.6 Materiais e Sistemas de Isolação
Sendo o motor de indução, uma máquina robusta e
de construção simples, a sua vida útil depende quase
exclusivamente da vida útil da isolação do enrolamento.
Esta é afetada por muitos fatores, como umidade, vibrações,
ambientes corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o
mais importante é, sem dúvida, a temperatura suportada
pelos materiais isolantes empregados.
Um aumento de 8 a 10 graus acima do limite da classe
térmica da temperatura da isolação, pode reduzir a vida útil
do enrolamento pela metade. Para um maior tempo de vida
do motor elétrico recomendamos a utilização de sensores
térmicos para proteção do enrolamento.
Quando falamos em diminuição da vida útil do motor, não
nos referimos às temperaturas elevadas, quando o isolante
se queima e o enrolamento é destruído repentinamente.
Vida útil da isolação (em termos de temperatura de trabalho,
bem abaixo daquela em que o material se queima), refere-se
ao envelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando
ressecado, perdendo o poder isolante, até que não suporte
mais a tensão aplicada e produza o curto-circuito.
A experiência mostra que a isolação tem uma duração
praticamente ilimitada, se a sua temperatura for mantida
abaixo do limite de sua classe térmica. Acima deste valor, a
vida útil da isolação torna-se cada vez mais curta, à medida
que a temperatura de trabalho é mais alta.
Este limite de temperatura é muito mais baixo que a
temperatura de “queima” do isolante e depende do tipo de
material empregado. Esta limitação de temperatura refere-se
ao ponto mais quente da isolação e não necessariamente ao
enrolamento todo.
Com o uso cada vez mais intenso de inversores de
frequência para variação de velocidade dos motores de
indução, outros critérios da aplicação também devem ser
observados para a preservação da vida do sistema de
isolação do motor.
Mais detalhes podem ser vistos no item “Influência do
inversor na isolação do motor”.
1.6.1 Material Isolante
O material isolante impede, limita e direciona o fluxo das
correntes elétricas. Apesar da principal função do material
isolante ser de impedir o fluxo de corrente de um condutor
para terra ou para um potencial mais baixo, ele serve
também para dar suporte mecânico, proteger o condutor de
degradação provocada pelo meio ambiente e transferir calor
para o ambiente externo.
Gases, líquidos e sólidos são usados para isolar
equipamentos elétricos, conforme as necessidades do
sistema. Os sistemas de isolação influenciam na boa
qualidade do equipamento, o tipo e a qualidade da isolação,
afetam o custo, o peso, o desempenho e a vida útil do
mesmo.
1.6.2 Sistema Isolante
Uma combinação de dois ou mais materiais isolantes usados
num equipamento elétrico denomina-se sistema isolante.
Essa combinação num motor elétrico consiste do esmalte
de isolação do fio, isolação de fundo de ranhura, isolação
de fechamento de ranhura, isolação entre fases, verniz e/
ou resina de impregnação, isolação do cabo de ligação e
isolação de solda. Qualquer material ou componente que
não esteja em contato com a bobina, não faz parte do
sistema de isolação.
1.6.3 Classes Térmicas
Como a temperatura em produtos eletromecânicos é
frequentemente o fator predominante para o envelhecimento
do material isolante e do sistema de isolação, certas
classificações térmicas básicas são úteis e reconhecidas
mundialmente.
Especificação do Motor Elétrico
15
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Os materiais e sistemas isolantes são classificados conforme
a resistência à temperatura por longo período de tempo.
As normas citadas a seguir referem-se à classificação de
materiais e sistemas isolantes:
Materiais
Sistemas
Materiais e Sistemas
UL 746B
UL 1446
IEC 60085
IEC 60216
UL 1561 / 1562
IEC 60505
IEEE 117
Tabela 1.4 - Normas de materiais e sistemas isolantes
As classes térmicas definidas para os materiais e sistemas
isolantes são as seguintes:
Temperatura (ºC)
90
105
120
130
155
180
200
220
240
acima de 240ºC
250
Classes de temperatura
IEC 60085
UL 1446
Y (90 ºC)
A (105 ºC)
E (120 ºC)
120 (E)
B (130 ºC)
130 (B)
F (155 ºC)
155 (F)
H (180 ºC)
180 (H)
N (200 ºC)
200 (N)
R (220 ºC)
220 (R)
240 (S)
Acima de 240 (C)
250
Tabela 1.5 - Classes térmicas
IEC - International Electrotechnical Commission - organização internacional
não governamental de normas da área elétrica, eletrônica e de tecnologias
relacionadas.
UL - Underwriters Laboratories - Entidade norte americana de certificação de
produtos.
Especifica-se que em um equipamento eletromecânico,
a classe térmica representa a temperatura máxima que o
equipamento pode alcançar no seu ponto mais quente, ao
estar operando em carga nominal, sem diminuição da vida útil.
A classificação térmica de um material ou sistema é baseada
na comparação com sistemas ou material de referência
conhecidos. No entanto, nos casos em que não se conhece
nenhum material de referência, a classe térmica
pode ser obtida extrapolando a curva de durabilidade
térmica (Gráfico de Arrhenius) para um dado tempo
(IEC 216 especifica 20.000 horas).
1.6.5 Sistemas de Isolação WEG
Para atender as várias exigências do mercado e aplicações
específicas, aliadas a um excelente desempenho técnico,
nove sistemas de isolação são utilizados nos diversos
motores WEG.
O fio circular esmaltado é um dos componentes mais
importantes do motor, pois é a corrente elétrica circulando
por ele que cria o campo magnético necessário para o
funcionamento do motor. Durante a fabricação do motor,
os fios são submetidos a esforços mecânicos de tração,
flexão e abrasão. Em funcionamento, os efeitos térmicos e
elétricos agem também sobre o material isolante do fio. Por
essa razão, ele deve ter uma boa isolação mecânica, térmica
e elétrica.
O esmalte utilizado atualmente nos fios garante essas
propriedades, sendo a propriedade mecânica assegurada
pela camada externa do esmalte que resiste a forças de
abrasão durante a inserção do mesmo nas ranhuras do
estator. A camada de esmalte interna garante alta rigidez
dielétrica ao conjunto, atribui classe 200 ºC ao fio (UL File
E234451). Esse fio é utilizado em todos os motores classe B, F
e H. Nos motores para extração de fumaça
(Smoke Extraction Motor) o fio é especial para altíssimas
temperaturas.
Os filmes e laminados isolantes têm função de isolar térmica
e eletricamente partes da bobina do motor. A classe térmica
é identificada na placa de identificação. Esses são à base
de aramida e poliéster e possuem filmes e laminados são
usados nos seguintes pontos:
g entre a bobina e a ranhura (filme de fundo de ranhura): para
isolar o pacote de chapas de aço (terra) da bobina de fios
esmaltados;
g entre as fases: para isolar eletricamente a fase uma da
outra;
g fechamento da ranhura do estator para isolar eletricamente
a bobina localizada na parte superior da ranhura do estator
e para atuar mecanicamente de modo a manter os fios
dentro da ranhura.
1.6.4 Materiais Isolantes em Sistemas de Isolação
A especificação de um produto numa determinada classe
térmica não significa e não implica que cada material isolante
usado na sua construção tenha a mesma capacidade
térmica (classe térmica). O limite de temperatura para um
sistema de isolação não pode ser diretamente relacionado
à capacidade térmica dos materiais individuais utilizados
nesse sistema. Em um sistema, a performance térmica de
um material pode ser melhorada através de características
protetivas de certos materiais usados com esse material.
Por exemplo, um material de classe 155 ºC pode ter o seu
desempenho melhorado quando o conjunto é impregnado
com verniz de classe 180 ºC.
Figura 1.12a – Fios e Filmes aplicados no estator
16
Especificação do Motor Elétrico
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Os vernizes e resinas de impregnação têm como principais
funções manter unidos entre si todos os fios esmaltados
da bobina com todos os componentes do estator e o
preenchimento dos espaços vazios dentro da ranhura. A
união dos fios impede que os mesmos vibrem e atritem
entre si. Esse atrito poderia provocar falhas no esmalte do
fio levando-o a um curto circuito. A eliminação dos espaços
vazios ajuda na dissipação térmica do calor gerado pelo
condutor e, especialmente em aplicações de motores
alimentados por inversores de frequência, evita/diminui a
formação de descargas parciais (efeito corona) no interior do
motor.
Utiliza-se atualmente dois tipos de vernizes e dois tipos de
resinas de impregnação, todos à base de poliéster, para atender
às necessidades construtivas e de aplicação dos motores.
A resina de silicone é utilizada apenas para motores especiais
projetados para altíssimas temperaturas.
Os vernizes e resinas melhoram as características térmica e elétrica
dos materiais impregnados podendo-se atribuir aos mesmos
uma classe térmica maior aos materiais impregnados, quando
comparados a esses mesmos materiais sem impregnação.
Os vernizes são aplicados pelo processo de imersão e posterior
cura em estufa. Já as resinas (isentas de solventes) são
aplicadas pelo processo de Fluxo Contínuo.
Figura 1.12.c – Fluxo contínuo de resina
Os cabos de ligação são construídos com materiais isolantes
elastoméricos e de mesma classe térmica do motor. Esses
materiais tem única e exclusivamente a função de isolar
eletricamente o condutor do meio externo.
Eles tem alta resistência elétrica aliada à adequada
flexibilidade para permitir o fácil manuseio durante o
processo de fabricação, instalação e manutenção do motor.
Para certas aplicações como bombas submersas, o cabo
também deve ser quimicamente resistente ao óleo da
bomba. Os tubos flexíveis têm a função de cobrir e isolar
eletricamente as soldas das conexões entre os fios da
bobina e o cabo de ligação e também entre fios. Eles são
flexíveis para permitir que se moldem aos pontos de solda e
à amarração da cabeça da bobina. Utilizam-se três tipos de
tubos:
g Tubo de poliéster termoencolhível - Classe 130 ºC
g Tubo com trama de poliéster recoberto com resina
acrílica - Classe 155 ºC
g Tubo com trama de fibra de vidro recoberto com borracha de silicone - Classe 180 ºC
Figura 1.12.b – Impregnação por Imersão
Especificação do Motor Elétrico
17
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2. Características da Rede de Alimentação
2.1 O Sistema
No Brasil, o sistema de alimentação pode ser monofásico ou
trifásico. O sistema monofásico é utilizado em serviços
domésticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema
trifásico, em aplicações industriais, ambos com frequência
de rede em 60 Hz.
b) Sistema monofilar com transformador de isolamento
Este sistema possui algumas desvantagens, além do custo
do transformador, tais como:
g Limitação da potência do ramal à potência nominal do
transformador de isolamento;
g Necessidade de reforçar o aterramento do transformador
de isolamento, pois na sua falta, cessa o fornecimento de
energia para todo o ramal.
2.1.1 Trifásico
As tensões trifásicas mais usadas nas redes industriais são:
g Baixa tensão: 220 V, 380 V e 440 V
g Alta tensão: 2.300 V, 4.160 V e 6.600 V
O sistema trifásico estrela de baixa tensão, consiste de três
condutores de fase (L1, L2, L3) e o condutor neutro
(N), sendo este, conectado ao ponto estrela do gerador ou
ao enrolamento secundário dos transformadores (conforme
mostra figura 2.1).
Figura 2.3 - Sistema monofilar com transformador de isolamento
c) Sistema MRT na versão neutro parcial
É empregado como solução para a utilização do MRT em
regiões de solos de alta resistividade, quando se torna difícil
obter valores de resistência de terra dos transformadores
dentro dos limites máximos estabelecidos no projeto.
Figura 2.1 - Sistema trifásico
2.1.2 Monofásico
As tensões monofásicas padronizadas no Brasil são as de
127 V e 220 V.
Os motores monofásicos são ligados a duas fases (tensão
de linha UL) ou à uma fase e o neutro (tensão de fase Uf ).
Assim, a tensão nominal do motor monofásico deverá ser
igual à tensão UL ou Uf do sistema. Quando vários motores
monofásicos são conectados ao sistema trifásico (formado
por três sistemas monofásicos), deve-se tomar o cuidado
para distribuí-los de maneira uniforme, evitando-se assim,
desequilíbrio de carga entre as fases.
Monofásico com retorno por terra - MRT
O sistema monofásico com retorno por terra - MRT -, é um
sistema elétrico em que a terra funciona como condutor de
retorno da corrente de carga. Afigura-se, como solução para
o emprego no sistema monofásico, a partir de alimentadores
que não têm o condutor neutro. Dependendo da natureza do
sistema elétrico existente e das características do solo onde
será implantado (geralmente na eletrificação rural), tem-se:
a) Sistema monofilar
É a versão mais prática e econômica do MRT, porém, sua
utilização só é possível onde a saída da subestação de
origem é estrela aterrada.
Figura 2.2 - Sistema monofilar
18
Especificação do Motor Elétrico
Figura 2.4 - Sistema MRT na versão neutro parcial
3. Características de Alimentação do Motor Elétrico
3.1 Tensão Nominal
É a tensão para a qual o motor foi projetado.
3.1.1 Tensão nominal múltipla
A grande maioria dos motores é fornecida com diferentes
tipos de ligação, de modo a poderem funcionar em redes de
pelo menos duas tensões diferentes. Os principais tipos de
ligação de motores para funcionamento em mais de uma
tensão são:
a) Ligação série-paralela
O enrolamento de cada fase é dividido em duas partes
(lembrar que o número de polos é sempre par, de modo que
este tipo de ligação é sempre possível):
g Ligando as duas metades em série, cada metade ficará
com a metade da tensão de fase nominal do motor;
g Ligando as duas metades em paralelo, o motor poderá ser
alimentado com uma tensão igual à metade da tensão da
condição anterior, sem que se altere a tensão aplicada a
cada bobina. Veja os exemplos das figuras 3.1a e b.
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indica que o motor pode ser acionado por chave estrelatriângulo.
c) Tripla tensão nominal
Podemos combinar os dois casos anteriores: o enrolamento
de cada fase é dividido em duas metades para ligação
série-paralelo. Além disso, todos os terminais são acessíveis
para podermos ligar as três fases em estrela ou triângulo.
Deste modo, temos quatro combinações possíveis de tensão
nominal:
Figura 3.1a - Ligação série-paralelo Y
Figura 3.1b - Ligação série-paralelo Δ
Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão
nominal (dupla) mais comum, é 220/440 V, ou seja, o motor
é religado na ligação paralela quando alimentado com 220 V
e na ligação série quando alimentado em 440 V. As figuras
3.1a e 3.1b mostram a numeração normal dos terminais e os
esquemas de ligação para estes tipos de motores, tanto para
motores ligados em estrela como em triângulo. Os mesmos
esquemas servem para outras duas tensões quaisquer,
desde que uma seja o dobro da outra, por exemplo, 230/460 V
b) Ligação estrela-triângulo
O enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas
para fora do motor. Se ligarmos as três fases em triângulo,
cada fase receberá a tensão da linha, por exemplo, 220 V
(figura 3.2). Se ligarmos as três fases em estrela, o motor
pode ser ligado a uma tensão igual a 220 x √ 3 = 380 V.
Com isso não há alteração na tensão do enrolamento, que
continua igual a 220 Volts por fase:
Uf = U √ 3
1) Ligação triângulo paralelo;
2) Ligação estrela paralela, sendo igual a tensão nominal igual a √ 3 vezes a primeira;
3) Ligação triângulo série, ou seja, a tensão nominal igual ao dobro da primeira opção;
4) Ligação estrela série, tensão nominal igual a √ 3 vezes a terceira opção. Mas, como esta tensão seria maior que 690 V, é indicada apenas como referência de ligação estrela-triângulo.
Exemplo: 220/380/440(760) V
Obs: 760 V (Somente para partida)
Este tipo de ligação exige 12 terminais e a figura 2.7 mostra
a numeração normal dos terminais e o esquema de ligação
para as três tensões nominais.
Figura 3.3
3.2 Frequência Nominal (Hz)
É a frequência da rede para a qual o motor foi projetado.
3.2.1 Ligação em Frequências Diferentes
Motores trifásicos com enrolamentos para 50 Hz poderão
ser ligados também em rede de 60 Hz.
a) L
igando o motor de 50 Hz, com a mesma tensão,
em 60 Hz:
g a potência do motor será a mesma;
g a corrente nominal é a mesma;
g a corrente de partida diminui em 17%;
g C /C diminui em 17%;
p
n
g C /C diminui em 17%;
m
n
g a velocidade nominal aumenta em 20%.
Nota: deverão ser observados os valores de potência requeridos, para
motores que acionam equipamentos que possuem conjugados variáveis com
a rotação.
Figura 3.2 - Ligação estrela-triângulo Y - Δ
Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve
para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a
segunda seja igual à primeira multiplicada por √ 3 .
Exemplos: 220/380 V - 380/660 V - 440/760 V
No exemplo 440/760 V, a tensão maior declarada serve para
b) Se alterar a tensão em proporção à frequência:
g aumenta a potência do motor 20%;
g a corrente nominal é a mesma;
g a corrente de partida será aproximadamente a mesma;
g o conjugado de partida será aproximadamente o mesmo;
g o conjugado máximo será aproximadamente o mesmo;
g a rotação nominal aumenta 20%.
Especificação do Motor Elétrico
19
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3.3 Tolerância de Variação de Tensão e Frequência
Conforme as normas ABNT NBR 17094 (2008) e IEC
60034-1, para os motores de indução, as combinações das
variações de tensão e de frequência são classificadas como
Zona A ou Zona B (figura 3.4).
3.4 Limitação da Corrente de Partida em Motores
Trifásicos
A partida de um motor trifásico de gaiola, deverá ser direta,
por meio de contatores. Deve-se ter em conta que para um
determinado motor, as curvas de conjugado e corrente são
fixas, independente da carga, para uma tensão constante.
No caso em que a corrente de partida do motor é elevada
podem ocorrer as seguintes consequências prejudiciais:
a) Elevada queda de tensão no sistema de alimentação
da rede. Em função disto, provoca a interferência em
equipamentos instalados no sistema;
b) O sistema de proteção (cabos, contatores) deverá ser
superdimensionado, ocasionando um custo elevado;
c) A imposição das concessionárias de energia elétrica que limitam a queda de tensão da rede.
Caso a partida direta não seja possível, devido aos problemas
citados acima, pode-se usar sistema de partida indireta para
reduzir a corrente de partida:
g chave estrela-triângulo
g chave compensadora
g chave série-paralelo
g partida eletrônica (Soft-Starter)
Figura 3.4 - Limites das variações de tensão e de frequência em
funcionamento
3.4.1 Partida Direta
Um motor deve ser capaz de desempenhar sua função
principal continuamente na Zona A, mas pode não atender
completamente às suas características de desempenho à
tensão e frequência nominais (ver ponto de características
nominais na figura 3.4), apresentando alguns desvios.
As elevações de temperatura podem ser superiores àquelas à
tensão e frequência nominais.
Um motor deve ser capaz de desempenhar sua função
principal na Zona B, mas pode apresentar desvios superiores
àqueles da Zona A no que se refere às características de
desempenho à tensão e frequência nominais. As elevações
de temperatura podem ser superiores às verificadas com
tensão e frequência nominais e muito provavelmente
superiores àquelas da Zona A. O funcionamento prolongado
na periferia da Zona B não é recomendado.
Fonte: ABNT NBR 17094 (2008)
Figura 3.5 - Circuito de comando - partida direta
20
Especificação do Motor Elétrico
www.weg.net
Diagrama Elétrico
N(PE) L1
L2
L3
1
1
1
F1 F2 F3
A
2
2
2
1 1 1
F1 F2 F3
2 2 2
1 1 1
F1 F2 F3
2 2 2
B
1
F23
2
}
}
F22
2
1
K1
FT1
1
3
5
2
4
6
1
3
5
2
4
6
K2
1
2
3
1
3
5
2
4
6
K3
1
3
5
2
4
6
T1
F21
H1
X1 1
H2
X2
2
}
Circuito de
comando
6
M
3~
4
5
Figura 3.8 - Circuito de força - partida com chave estrela-triângulo
Observação: deve - se utilizar a conexão "A" (proteção por 3 fusíveis) para
potências até 75 cv (220 V), 125 cv (380 V) e 175 cv (440 V). Acima dessas
potências deve ser utilizada a conexão "B" (proteção por 6 fusíveis), onde o
conjunto de fusíveis F1, F2, F3 é igual ao conjunto F4, F5, F6.
Figura 3.6 - Circuito de força - partida direta
F1, F2, F3 - Fusíveis de força
F21, F22, F23 - Fusíveis de comando
T1 - Transformador de comando
K1 - Contatores
FT1 - Relé de sobrecarga
SH1 - Botão de comando
KT1 - Relé de tempo
M1 - Motor
F1, F2, F3 - Fusíveis de força
(F1, F2, F3 e F4, F5, F6) - Fusíveis de força
F21, F22, F23 - Fusíveis de comando
T1 - Transformador de comando
K1, K2, K3 - Contatores
FT1 - Relé de sobrecarga
SH1 - Botão de comando
KT1 - Relé de tempo
M1 - Motor
Acessórios opcionais
- Relé falta de fase
- Relé mínima e máxima tensão
- Amperímetro
- Voltímetro
- Ohmimetro
Acessórios opcionais
- Relé falta de fase
- Relé mínima e máxima tensão
- Amperímetro
- Voltímetro
- Ohmimetro
3.4.2 Partida com Chave Estrela-Triângulo ( Y - Δ)
Circuito de
comando
}
95
FT1
96
98
21
SH1
13
SH1
14
22
K1
KT1
18
13
K3
14
13
14
K1
43
KT1
44
28
KT1
31
32
A1
A2
K2
K3
26
K2
13
14
15
16
K3
K2
25
É fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade
de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380 V, em
380/660 V ou 440/760 V. Os motores deverão ter no mínimo
seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá
ser usada quando a curva de conjugado do motor é
suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da
máquina com a corrente reduzida. Na ligação estrela, a corrente
fica reduzida para 25% a 33% da corrente de partida na ligação
triângulo.
21
21
22
22
A1
A2
K1
A1
A2
K2
A1
A2
SH1
X1
X2
Figura 3.7 - Circuito de comando - partida com chave estrelatriângulo
Especificação do Motor Elétrico
21
www.weg.net
O conjugado resistente da carga não poderá ultrapassar o
conjugado de partida do motor (figura 3.9), nem a corrente
no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor
inaceitável. Existem casos onde este sistema de partida não
pode ser usado, conforme demonstra a figura 3.10.
corrente, que era de aproximadamente 50%, sobe para
170%, ou seja, praticamente igual a da partida em Y. Neste
caso, a ligação estrela-triângulo apresenta
vantagem, porque se fosse ligado direto, absorveria da rede
600% da corrente nominal. A chave estrela-triângulo em
geral só pode ser empregada em partidas da máquina em
vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido
pelo menos 90% da rotação nominal, a carga poderá ser
aplicada. O instante da comutação de estrela para triângulo
deve ser criteriosamente determinado, para que este método
de partida possa efetivamente ser vantajoso nos casos em
que a partida direta não é possível. No caso de motores
tripla tensão nominal (220/380/440/760 V), deve-se optar
pela ligação 220/380 V ou 440/(760) V, dependendo da rede
de alimentação.
3
C∆
1
2
Iy
1
Cy
Cr
0
Na figura 3.11 temos um alto conjugado resistente Cr.
Se a partida for em estrela, o motor acelera a carga
aproximadamente até 85% da rotação nominal. Neste
ponto, a chave deverá ser ligada em triângulo. Neste caso,
a corrente, que era aproximadamente a nominal, ou seja,
100%, salta repentinamente para 320%, o que não é
nenhuma vantagem, uma vez que na partida era de somente
190%.
2
0
Figura 3.9 - Corrente e conjugado para partida estrela-triângulo de
um motor de gaiola acionando uma carga com conjugado resistente Cr.
IΔ - corrente em triângulo
I y - corrente em estrela
Cy - conjugado em estrela
CΔ - conjugado em triângulo
Cr - conjugado resistente
I/∆
4
5
6
I/In C/Cn
10 20
30 40 50
60 70 80
90 100% rpm
Figura 3.11
IΔ
Iy
CΔ C y
C/Cn
I/In
Cr
- corrente em triângulo
- corrente em estrela
- conjugado em triângulo
- conjugado em estrela
- relação entre o conjugado do motor e o conjugado nominal
- relação entre a corrente do motor e a corrente nominal
- conjugado resistente
Esquematicamente, a ligação estrela-triângulo num motor
para uma rede de 220 V é feita da maneira indicada na
figura 3.12, notando-se que a tensão por fase durante a
partida é reduzida para 127 V.
Figura 3.10
Na figura 3.11 temos o motor com as mesmas
características, porém, o conjugado resistente C r é bem
menor. Na ligação Y, o motor acelera a carga até 95%
da rotação nominal. Quando a chave é ligada em Δ, a
22
Especificação do Motor Elétrico
Figura 3.12
www.weg.net
3.4.3 Partida com Chave Compensadora
(Autotransformador)
A chave compensadora pode ser usada para a partida de
motores sob carga. Ela reduz a corrente de partida, evitando
uma sobrecarga no circuito, deixando, porém, o motor com
um conjugado suficiente para a partida e aceleração. A tensão
na chave compensadora é reduzida através de
autotransformador que possui normalmente taps de 50, 65 e
80% da tensão nominal.
Para os motores que partirem com uma tensão menor que a
tensão nominal, a corrente e o conjugado de partida devem
ser multiplicados pelos fatores K1 (fator de multiplicação da
corrente) e K 2 (fator de multiplicação do conjugado) obtidos
no gráfico da figura 3.15.
Exemplo: Para 85% da tensão nominal
(
Ip
)
85% =
K1. (
)
85% =
K 2. (
In
(
Cp
Cn
Ip
) 100%
In
Cp
) 100%
Cn
= 0,8
(
= 0,66 (
Ip
) 100%
In
Cp
) 100%
Cn
Figura 3.13 - Circuito de comando - partida com chave compensadora
Figura 3.15 - Fatores de redução K1 e K2 em função das relações
de tensão do motor e da rede Um /Un
Figura 3.14 - Circuito de força - partida com chave compensadora
F1, F2, F3 - Fusíveis de força
(F1, F2, F3 e F4, F5, F6) - Fusíveis de força
F21, F22, F23 - Fusíveis de comando
T1 - Transformador de comando
K1, K2, K3 e K4 - Contatores
1FT1 e 2FT1 - Relé de sobrecarga
SH1 - Botão de comando
KT1 - Relé de tempo
M1 - Motor
Acessórios opcionais
- Relé falta de fase
- Relé mínima e máxima tensão
- Amperímetro
- Voltímetro
- Ohmimetro
Figura 3.16 - Exemplo das características de desempenho de um
motor de 425 cv, VI polos, quando parte com 85% da tensão
Especificação do Motor Elétrico
23
www.weg.net
3.4.4 Comparação entre Chaves Estrela-Triângulo e
Compensadoras “Automáticas”
3.4.5 Partida com Chave Série-Paralelo
1) Estrela-triângulo (automática)
Vantagens
a) A chave estrela-triângulo é muito utilizada por seu custo
reduzido.
b) Não tem limite quanto ao seu número de manobras.
c) Os componentes ocupam pouco espaço.
d) A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3.
Desvantagens
a) A chave só pode ser aplicada a motores cujos seus seis
bornes ou terminais sejam acessíveis.
b) A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo
do motor.
c) Com a corrente de partida reduzida para
aproximadamente 1/3 da corrente nominal, reduz-se
também o momento de partida para 1/3.
d) Caso o motor não atinja pelo menos 90% de sua
velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de
estrela para triângulo será semelhante a corrente existente
em uma partida direta, o que se torna prejudicial aos
contatos dos contatores e não traz nenhuma vantagem
para a rede elétrica.
Figura 3.17 - Circuito de comando - partida chave série-paralelo
2) Chave compensadora (automática)
Vantagens
a)No tap de 65% a corrente de linha é aproximadamente
igual à da chave estrela-triângulo, entretanto, na passagem
da tensão reduzida para a tensão da rede, o motor não
é desligado e o segundo pico é bem reduzido, visto
que o Autotransformador por curto tempo se torna uma
reatância.
b) É possível a variação do tap de 65% para 80% ou até para
90% da tensão da rede, a fim de que o motor possa partir satisfatoriamente.
Desvantagens
a) A grande desvantagem é a limitação de sua frequência de manobras. Na chave compensadora automática é sempre necessário saber a sua frequência de manobra para
determinar o auto-transformador conveniente.
b) A chave compensadora é bem mais cara do que a chave estrela-triângulo, devido ao auto-transformador.
c) Devido ao tamanho do auto-transformador, a construção
se torna volumosa, necessitando quadros maiores, o que
torna o seu preço elevado.
Figura 3.18 - Circuito de força - partida chave série-paralelo
F1, F2, F3 - Fusíveis de força
F21, F22, F23 - Fusíveis de comando
T2 - Transformador de comando
K1, K2, K3 - Contatores
FT1 - Relé de sobrecarga
T1 - Autotransformador
SH1 - Botão de comando
KT1 - Relé de tempo
M1 - Motor
Acessórios opcionais
- Relé falta de fase
- Relé mínima e máxima tensão
- Amperímetro
- Voltímetro
- Ohmimetro
Para partida em série-paralelo é necessário que o motor
tenha duas tensões nominais, sendo a menor delas igual a
da rede a outra duas vezes maior.
Neste tipo de ligação, a tensão nominal mais comum é
220/440 V, ou seja: durante a partida o motor é ligado na
configuração série até atingir sua rotação nominal e, então,
faz-se a comutação para a configuração paralelo.
24
Especificação do Motor Elétrico
www.weg.net
3.4.6 Partida Eletrônica (Soft-Starter)
O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de
partida a estado sólido, a qual consiste de um conjunto de
pares de tiristores (SCR) (ou combinações de tiristores/
diodos), um em cada borne de potência do motor.
Representando num gráfico a variação do conjugado com a
velocidade para um motor normal, vamos obter uma curva
com aspecto representado na figura 4.1.
O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado
eletronicamente para aplicar uma tensão variável aos
terminais do motor durante a aceleração. No final do período
de partida, ajustável tipicamente entre 2 e 30 segundos, a
tensão atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou
uma rampa ascendente, ao invés de ser submetido a
incrementos ou saltos repentinos. Com isso, consegue-se
manter a corrente de partida (na linha) próxima da nominal e
com suave variação. Além da vantagem do controle da
tensão (corrente) durante a partida, a chave eletrônica
apresenta, também, a vantagem de não possuir partes
móveis ou que gerem arco, como nas chaves mecânicas.
Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois
sua vida útil torna-se mais longa.
Tensões do
motor
Tensão de
serviço
Partida
com chave
estrelatriângulo
Partida com
chave
compensadora
Partida com
chave
sérieparalela
Partida
com
SoftStarter
220/380 V
220 V
380 V
SIM
NÃO
SIM
SIM
NÃO
NÃO
SIM
SIM
220 V
440 V
380 V
NÃO
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
NÃO
NÃO
SIM
SIM
SIM
220 V
380 V
440 V
SIM
NÃO
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
NÃO
SIM
SIM
SIM
220/440 V
380/660 V
220/380/
440 V
Tabela 3.1 - Métodos de Partida x Motores
3.5 Sentido de Rotação de Motores de Indução
Trifásicos
Um motor de indução trifásico trabalha em qualquer sentido
dependendo da conexão com a fonte elétrica. Para inverter o
sentido de rotação, inverte-se qualquer par de conexões
entre motor e fonte elétrica. Os motores WEG possuem
ventilador bidirecional, exceto se informada em folha de
dados ou placas adicionais o sentido de giro, proporcionando
sua operação em qualquer sentido de rotação, sem
prejudicar a refrigeração do motor. Motores sem ventilador,
mas ventilados pela própria carga (ventilador como carga),
devem atender a ventilação necessária ao motor,
independente do sentido de rotação. Em caso de dúvidas,
consulte a WEG.
4. Características de Aceleração
4.1 Conjugados
4.1.1 Curva Conjugado X Velocidade
Definição
O motor de indução tem conjugado igual a zero na
velocidade síncrona. À medida que a carga aumenta, a
rotação do motor vai caindo gradativamente, até um ponto
em que o conjugado atinge o valor máximo que o motor é
capaz de desenvolver em rotação normal. Se o conjugado
da carga aumentar mais, a rotação do motor cai
bruscamente, podendo chegar a travar o rotor.
Figura 4.1 - Curva conjugado x rotação
Na figura 4.1 destacamos e definimos alguns pontos
importantes. Os valores dos conjugados relativos a estes
pontos são especificados pelas normas ABNT NBR 17094 e
IEC 60034-1, conforme apresentados a seguir:
Co:Conjugado básico - é o conjugado calculado em função
da potência e velocidade síncrona.
716 . P (cv)
Co (Kgfm) =
974 . P (kW)
=
ns (rpm)
ns (rpm)
7024 . P (cv)
Co (Nm) =
9555 . P (kW)
=
ns (rpm)
ns (rpm)
Cn : Conjugado nominal ou de plena carga - é o
conjugado desenvolvido pelo motor à potência nominal,
sob tensão e frequência nominais.
Cp:Conjugado com rotor bloqueado ou conjugado de
partida ou conjugado de arranque - é o conjugado
mínimo desenvolvido pelo motor bloqueado, para todas
as posições angulares do rotor, sob tensão e frequência
nominais.
Este conjugado pode ser expresso em Nm ou, mais comumente, em porcentagem do conjugado nominal.
Cp (%) =
Cp (Nm)
. 100
Cn (Nm)
a prática, o conjugado de rotor bloqueado deve ser o mais
N
alto possível, para que o rotor possa vencer a inércia inicial
da carga e possa acelerá-la rapidamente, principalmente
quando a partida é com tensão reduzida.
Especificação do Motor Elétrico
25
www.weg.net
Cmin: Conjugado mínimo - é o menor conjugado desenvolvido pelo motor ao acelerar desde a velocidade
zero até a velocidade correspondente ao conjugado máximo.
Na prática, este valor não deve ser muito baixo, isto é, a
curva não deve apresentar uma depressão acentuada na
aceleração, para que a partida não seja muito demorada,
sobreaquecendo o motor, especialmente nos casos de alta
inércia ou partida com tensão reduzida.
Cmáx: Conjugado máximo - é o maior conjugado
desenvolvido pelo motor, sob tensão e frequência nominal,
sem queda brusca de velocidade. Na prática, o conjugado
máximo deve ser o mais alto possível, por duas razões
principais:
1) O motor deve ser capaz de vencer, sem grandes dificuldades, eventuais picos de carga como pode
acontecer em certas aplicações, como em britadores,
calandras, misturadores e outras.
2) O
motor não deve arriar, isto é, perder bruscamente a
velocidade, quando ocorrem quedas de tensão,
momentaneamente, excessivas.
4.1.2 Categorias - Valores Mínimos Normalizados de
Conjugado
Conforme as suas características de conjugado em relação à
velocidade e corrente de partida, os motores de indução
trifásicos com rotor de gaiola são classificados em
categorias, cada uma adequada a um tipo de carga.
Estas categorias são definidas em norma (ABNT NBR 17094
e IEC 60034-1), e são as seguintes:
Categoria N
Conjugado de partida normal, corrente de partida normal;
baixo escorregamento. Constituem a maioria dos motores
encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de
cargas normais, como bombas, máquinas operatrizes,
ventiladores.
Categoria H
Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; baixo
escorregamento. Usados para cargas que exigem maior
conjugado na partida, como peneiras, transportadores
carregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc.
Categoria D
Conjugado de partida alto, corrente de partida normal; alto
escorregamento (+ de 5%). Usados em prensas excêntricas
e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos
periódicos. Usados também em elevadores e cargas que
necessitam de conjugados de partida muito altos e corrente
de partida limitada. As curvas conjugado X velocidade das
diferentes categorias podem ser vistas na figura 4.2.
26
Especificação do Motor Elétrico
Figura 4.2 - Curvas Conjugado X Velocidade, das diferentes categorias
Categoria NY
Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de
categoria N, porém, previstos para partida estrela-triângulo.
Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do
conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de
partida são iguais a 25% dos valores indicados para os
motores categoria N.
Categoria HY
Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de
categoria H, porém, previstos para partida estrela-triângulo.
Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do
conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de
partida são iguais a 25% dos valores indicados para os
motores de categoria H.
Os valores mínimos de conjugado exigidos para motores das
categorias N e H, especificados nas normas ABNT NBR
17094 e IEC 60034-1, são mostrados nas tabelas 4.1 e 4.2.
Para motores da categoria D, de IV, VI e VIII polos e potência
nominal igual ou inferior a 150 cv, tem-se, segundo ABNT
NBR 17094 e IEC 60034-1, que: a razão do conjugado com
rotor bloqueado (Cp) para conjugado nominal (Cn) não deve
ser inferior a 2,75. A norma não especifica os valores de Cmín
e Cmáx.
A NBR 17094 não especifica os valores mínimos de
conjugados exigidos para motores II polos, categorias H e D.
www.weg.net
Número de polos
2
Faixa de potências nominais
Cp /Cn
4
Cmín /C n
Cmáx /Cn
Cp /Cn
Cmín/Cn
6
Cmáx /Cn
Cp /Cn
Cmín /Cn
8
Cmáx /Cn
Cp /Cn
Cmín /Cn
Cmáx /Cn
1,5
1,1
1,6
1,5
1,1
1,7
1,4
1,0
1,8
1,4
1,0
1,8
1,9
1,3
1,0
1,8
1,1
1,9
1,3
1,0
1,8
1,5
1,1
1,8
1,3
1,0
1,7
1,4
1,0
1,8
1,2
0,9
1,7
1,9
1,4
1,0
1,8
1,2
0,9
1,7
1,0
1,9
1,3
1,0
1,8
1,2
0,9
1,7
1,2
0,9
1,8
1,2
0,9
1,7
1,1
0,8
1,7
1,1
0,8
1,8
1,1
0,8
1,7
1,0
0,7
1,6
1,7
1,0
0,8
1,7
1,0
0,8
1,7
0,9
0,7
1,6
1,7
0,9
0,7
1,7
0,9
0,7
1,6
0,9
0,7
1,6
kW
cv
> 0,36 < 0,63
> 0,5 < 0,86
1,9
1,3
2,0
2,0
1,4
2,0
1,7
1,2
1,7
> 0,63 < 1,0
> 0,86 < 1,4
1,8
1,2
2,0
1,9
1,3
2,0
1,7
1,2
1,8
> 1,0 < 1,6
> 1,4 < 2,2
1,8
1,2
2,0
1,9
1,3
2,0
1,6
1,1
1,9
> 1,6 < 2,5
> 2,2 < 3,4
1,7
1,1
2,0
1,8
1,2
2,0
1,6
1,1
1,9
> 2,5 < 4,0
> 3,4 < 5,4
1,6
1,1
2,0
1,7
1,2
2,0
1,5
1,1
> 4,0 < 6,3
> 5,4 < 8,6
1,5
1,0
2,0
1,6
1,1
2,0
1,5
> 6,3 < 10
> 8,6 < 14
1,5
1,0
2,0
1,6
1,1
2,0
> 10 < 16
> 14 < 22
1,4
1,0
2,0
1,5
1,1
2,0
> 16 < 25
> 22 < 34
1,3
0,9
1,9
1,4
1,0
> 25 < 40
> 34 < 54
1,2
0,9
1,9
1,3
> 40 < 63
> 54 < 86
1,1
0,8
1,8
> 63 < 100
>86
1,0
0,7
1,8
> 100 < 160
> 136 < 217
0,9
0,7
> 160 < 250
> 217 < 340
0,8
0,6
> 250 < 400
> 340 < 543
0,75
0,6
1,6
0,75
0,6
1,6
0,75
0,6
1,6
0,75
0,6
1,6
> 400 < 630
> 543 < 856
0,65
0,5
1,6
0,65
0,5
1,6
0,65
0,5
1,6
0,65
0,5
1,6
< 136
pu
Tabela 4.1 - Motores Trifásicos - Conjugado com rotor bloqueado (Cp), conjugado mínimo de partida (Cmín) e máximo (Cmáx), para motores de categoria N,
relativos ao conjugado nominal (Cn ).
Número de polos
4
Faixa de potências nominais
Cp /Cn
C mín/Cn
6
C máx /Cn
Cp /Cn
C mín/Cn
8
C máx /Cn
Cp /Cn
C mín/Cn
C máx /Cn
kW
cv
pu
> 0,4 < 0,63
> 0,54 < 0,63
3,0
2,1
2,1
2,55
1,8
1,9
2,25
1,65
1,9
> 0,63 < 1,0
> 0,86 < 1,4
2,85
1,95
2,0
2,55
1,8
1,9
2,25
1,65
1,9
> 1,0 < 1,6
> 1,4 < 2,2
2,85
1,95
2,0
2,4
1,65
1,9
2,1
1,5
1,9
> 1,6 < 2,5
> 2,2 < 3,4
2,7
1,8
2,0
2,4
1,65
1,9
2,1
1,5
1,9
> 2,5 < 4,0
> 3,4 < 5,4
2,55
1,8
2,0
2,25
1,65
1,9
2,0
1,5
1,9
> 4,0 < 6,3
> 5,4 < 8,6
2,4
1,65
2,0
2,25
1,65
1,9
2,0
1,5
1,9
> 6,3 < 10
> 8,6 < 14
2,4
1,65
2,0
2,25
1,65
1,9
2,0
1,5
1,9
> 10 < 16
> 14 < 22
2,25
1,65
2,0
2,1
1,5
1,9
2,0
1,4
1,9
> 16 < 25
> 22 < 34
2,1
1,5
1,9
2,1
1,5
1,9
2,0
1,4
1,9
> 25 < 40
> 34 < 54
2,0
1,5
1,9
2,0
1,5
1,9
2,0
1,4
1,9
> 40 < 63
> 54 < 86
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
> 63 < 100
>86
< 140
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
> 100 < 160
> 140 < 220
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
2,0
1,4
1,9
Tabela 4.2 - Motores Trifásicos - Conjugado com rotor bloqueado (Cp ), conjugado mínimo de partida (Cmín ) e máximo (Cmáx ), para motores de categoria H,
relativos ao conjugado nominal (Cn).
Notas:a) os valores de Cp /Cn são iguais a 1, 5 vezes os valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 2,0;
b) os valores de Cmín /Cn são iguais a 1,5 vezes os valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 1,4;
c) os valores de Cmáx /Cn são iguais aos valores correspondentes da categoria N, não sendo porém, inferiores a 1,9 ou ao valor correspondente
de Cmín /Cn.
Especificação do Motor Elétrico
27
www.weg.net
4.1.3 Características dos Motores WEG
Embora os motores WEG sejam, na sua maioria, declarados
como pertencendo à categoria N, a exemplo da maioria dos
motores encontrados no mercado, os valores reais típicos
dos conjugados excedem os exigidos em norma. Na maioria
dos casos excedem até mesmo, os mínimos exigidos para a
categoria H. Isto significa uma curva conjugado x velocidade
bastante alta, trazendo as seguintes vantagens:
1) Rápida aceleração em caso de partida pesada, como
bombas de pistão, esteiras carregadas, cargas de alta
inércia, compressores com válvulas abertas, etc.
2) Atendimentos de casos especiais, como os mencionados acima, com motores padrão de estoque, com vantagens
de preço, prazo e entrega.
3) Permitem o uso de sistemas de partida com tensão
reduzida, como chaves estrela-triângulo, em casos
normais, sem prejuízo da perfeita aceleração da carga.
4) Devido ao elevado valor do conjugado máximo, enfrentam, sem perda brusca de rotação, os picos momentâneos
de carga e as quedas de tensão passageiras. Isto é
fundamental para o acionamento de máquinas sujeitas a
grandes picos de carga, como britadores, calandras, etc.
4.2 Inércia da Carga
O momento de inércia da carga acionada é uma das
características fundamentais para verificar, através do tempo
de aceleração, se o motor consegue acionar a carga dentro
das condições exigidas pelo ambiente ou pela estabilidade
térmica do material isolante.
Momento de inércia é uma medida da resistência que um
corpo oferece a uma mudança em seu movimento de
rotação em torno de um dado eixo. Depende do eixo em
torno do qual ele está girando e, também, da forma do corpo
e da maneira como sua massa está distribuída. A unidade do
momento de inércia é kgm2.
O momento de inércia total do sistema é a soma dos
momentos de inércia da carga e do motor (Jt = Jm + Jc).
No caso de uma máquina que tem “rotação diferente do
motor” (por exemplo, nos casos de acionamento por polias
ou engrenagens), deverá ser referida à rotação nominal do
motor conforme abaixo:
Figura 4.4 - Momento de inércia em velocidades diferentes
Jce = Jc (
Nc
Nm
)2 + J1 (
N1
Nm
)2 + J2 (
N2
Nm
)2 + J3(
N3
)2
Nm
onde: Jce - Momento de inércia da carga referido ao eixo do motor
Jc - Momento de inércia da carga
Nc - Rotação da carga
Nm - Rotação nominal do motor
Jt = Jm + Jce
A inércia total de uma carga é um importante fator para a
determinação do tempo de aceleração.
4.3 Tempo de Aceleração
Para verificar se o motor consegue acionar a carga, ou para
dimensionar uma instalação, equipamento de partida ou
sistema de proteção, é necessário saber o tempo de
aceleração (desde o instante em que o equipamento é
acionado até ser atingida a rotação nominal).
O tempo de aceleração pode ser determinado de maneira
aproximada pelo conjugado médio de aceleração.
ta =
ta
Jt
rps
Cmmed
Crmed
Jm
Jce
Ca
2 π . rps . Jt
Ca
-
=
2 π . rps . (Jm + Jce)
(Cmmed - Crmed)
tempo de aceleração em segundos
momento de inércia total em kgm2
rotação nominal em rotações por segundo
conjugado médio de aceleração do motor em N.m.
conjugado médio resistente de carga referido a eixo em N.m.
momento de inércia do motor
momento de inércia da carga referido ao eixo
conjugado médio de aceleração
O conjugado médio de aceleração obtém-se a partir da
diferença entre o conjugado do motor e o conjugado da
carga. Seu valor deveria ser calculado para cada intervalo de
rotação (a somatória dos intervalos forneceria o tempo total
de aceleração). Porém, na prática, é suficiente que se calcule
graficamente o conjugado médio, isto é, a diferença entre a
média do conjugado do motor e a média do conjugado da
carga. Essa média pode ser obtida, graficamente, bastando
que se observe que a soma das áreas A 1 e A2 seja igual a
área A 3 e que a área B1 seja igual a área B2 (ver figura 4.5).
Figura 4.3 - Momento de inércia em rotações diferentes
Jce = Jc (
28
Nc
)2
(kgm2)
Nm
Especificação do Motor Elétrico
Conjugado
www.weg.net
a) Os valores são dados em função de massa-raio ao
quadrado. Eles foram calculados a partir da fórmula:
Cm
A3
J = 0,04 . P 0.9 . p 2,5
onde: P - potência nominal em kW
p - número de pares de polos
A2
A1
Ca
Cr
Cn
M1
B2
B1
0
Nn
Rotação
Figura 4.5 - Determinação gráfica do conjugado médio de aceleração
Cn
Cm
Cr
Ca
Nn
=
=
=
=
=
Conjugado nominal
Conjugado do motor
Conjugado da carga
Conjugado médio de aceleração
Rotação nominal
4.4 Regime de Partida
Devido ao valor elevado da corrente de partida dos motores
de indução, o tempo gasto na aceleração de cargas de
inércia elevada resulta na elevação rápida da temperatura do
motor. Se o intervalo entre partidas sucessivas for muito
reduzido, isto levará a um aumento de temperatura excessivo
no enrolamento, danificando-o ou reduzindo a sua vida útil.
As normas ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1 estabelecem
um regime de partida mínimo (S1) que os motores devem ser
capazes de realizar:
a) Duas partidas sucessivas, sendo a primeira feita com o
motor frio, isto é, com seus enrolamentos à temperatura
ambiente e a segunda logo a seguir, porém, após o motor ter
desacelerado até o repouso.
b) Uma partida com o motor quente, ou seja, com os enrolamentos à temperatura de regime.
A primeira condição simula o caso em que a primeira partida
do motor é malograda, por exemplo, pelo desligamento da
proteção, permitindo-se uma segunda tentativa logo a seguir.
A segunda condição simula o caso de um desligamento
acidental do motor em funcionamento normal, por exemplo,
por falta de energia na rede, permitindo-se retomar o
funcionamento logo após o restabelecimento da energia.
Como o aquecimento durante a partida depende da inércia
das partes girantes da carga acionada, a norma estabelece
os valores máximos de inércia da carga para os quais o
motor deve ser capaz de cumprir as condições acima.
Os valores fixados para motores de II, IV, VI e VIII polos estão
indicados na tabela 4.3.
Potencia nominal
kW
0,4
0,63
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
10
18
25
40
63
100
160
250
400
630
cv
0,54
0,86
1,4
2,2
3,4
5,4
8,6
14
22
34
54
86
140
220
340
540
860
II
0,018
0,026
0,040
0,061
0,091
0,139
0,210
0,318
0,485
0,725
1,11
1,67
2,52
3,85
5,76
8,79
13,2
Tabela 4.3 - Momento de inércia (J)
Número de polos
IV
VI
kgm2
0,099
0,273
0,149
0,411
0,226
0,624
0,345
0,952
0,516
1,42
0,788
2,17
1,19
3,27
1,80
4,95
2,74
7,56
4,10
11,3
6,26
17,2
9,42
26,0
14,3
39,3
21,8
60,1
32,6
89,7
49,7
137
74,8
206
VIII
0,561
0,845
1,28
1,95
2,92
4,46
6,71
10,2
15,5
23,2
35,4
53,3
80,8
123
184
281
423
b) Para valores intermediários de potência nominal, o
momento de inércia externo, deve ser calculado pela
fórmula acima. Para cargas com inércia maior que o valor
de referência da tabela 4.3, principalmente nas potências
maiores ou para determinação do número de partidas
permitidas por hora, deverá ser consultada a nossa
engenharia de aplicação, indicando os seguintes dados da
aplicação:
g Potência
requerida pela carga. Se o regime for
intermitente, ver o último item: “regime de funcionamento”.
g Rotação da máquina acionada.
g Transmissão: direta, correia plana, correias “V”, corrente, etc.
g Relação
de transmissão com croquis das dimensões e distâncias das polias, se for transmissão por correia.
g Cargas
radiais anormais aplicadas à ponta do eixo:
tração da correia em transmissões especiais, peças
pesadas, presas ao eixo, etc.
g Cargas
axiais aplicadas à ponta do eixo: transmissões
por engrenagem helicoidal, empuxos hidráulicos de
bombas, peças rotativas pesadas em montagem vertical,
etc.
g Forma construtivas se não for B3D, indicar o código da
forma construtiva utilizada.
g Conjugados de partida e máximos necessários.
g Descrição do equipamento acionado e condições de
utilização.
g Momento de inércia ou GD2 das partes móveis do
equipamento, e a rotação a que está referida.
g Regime de funcionamento, não se tratando de regime
contínuo, descrever detalhadamente o período típico do
regime, não esquecendo de especificar:
a) Potência requerida e duração de cada período com
carga;
b) Duração
dos períodos sem carga (motor em vazio ou
motor desligado);
c) Reversões do sentido de rotação;
d) Frenagem em contra-corrente.
Os motores devem ter seu número de partidas por hora
conforme o regime de serviço indicado na placa de
identificação e/ou conforme regime acordado em projeto.
O excesso de partidas pode causar sobreaquecimento e
consequente queima do motor elétrico. Em caso de dúvidas
consulte a WEG.
4.5 Corrente de Rotor Bloqueado
4.5.1 Valores Máximos Normalizados
Os limites máximos da corrente com rotor bloqueado, em
função da potência nominal do motor são válidos para
qualquer polaridade, estão indicados na tabela 4.4, expressos
em termos da potência aparente absorvida com rotor
bloqueado em relação à potência nominal, kVA/cv ou kVA/kW.
Especificação do Motor Elétrico
29
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5.1.1 Motores de Duas Velocidades com Enrolamentos
Independentes
Esta versão apresenta a vantagem de se combinar
enrolamentos com qualquer número de polos, porém,
limitada pelo dimensionamento eletromagnético do núcleo
(estator/rotor) e carcaça, geralmente, bem maior que o motor
de velocidade única.
Potência aparente com rotor bloqueado
kVA/cv =
Potência nominal
kVA/cv =
kVA/kW =
√3
Ip . U
P (cv) . 1000
√3
Ip . U
5.1.2 Dahlander
Motores de duas velocidades com enrolamento por
comutação de polos é o sistema mais comum, também
denominado “Dahlander”. Esta ligação implica numa relação
de polos de 1:2 com consequente relação de rotação de 2:1.
Podem ser ligadas da seguinte forma (figura 5.1):
P (kW) . 1000
sendo: Ip - Corrente de rotor bloqueado, ou corrente de partida
U - Tensão nominal (V)
P - Potência nominal (cv ou kW)
Faixa de potências
Sp / Pn
kW
cv
kVA/kW
> 0,37 < 6,3
> 0,5 < 8,6
13
kVA/cv
9,6
> 6,3 < 25
> 8,6 < 34
12
8,8
> 25 < 63
> 34 < 86
11
8,1
> 63 < 630
> 86 < 856
10
7,4
Tabela 4.4 - Valores máximos de potência aparente com rotor
bloqueado (Sp / Pn ), expressos pela razão para a potência de
saída nominal (Pn )
Nota: para obter a relação Ip / In , deve-se multiplicar o valor de kVA/kW pelo
produto do rendimento e fator de potência a plena carga.
Ip = Corrente com rotor bloqueado;
In = Corrente nominal
5. Regulagem da Velocidade de Motores Assíncronos
de Indução
A relação entre velocidade, frequência, número de polos e
escorregamento é expressa por
2
n=
. f . 60 . (1 - s)
(2p)
onde: n =
f =
2p =
s =
rpm
frequência (Hz)
número de polos
escorregamento
Analisando a fórmula, podemos ver que para regular a
velocidade de um motor assíncrono, podemos atuar nos
seguintes parâmetros:
a) 2p = número de polos
b) s = escorregamento
c) f = frequência da tensão (Hz)
5.1 Variação do Número de Polos
Existem três modos de variar o número de polos de um
motor assíncrono, são eles:
g enrolamentos separados no estator;
g um enrolamento com comutação de polos;
g combinação dos dois anteriores.
Em todos esses casos, a regulagem de velocidade será
discreta, sem perdas, porém, a carcaça será maior do que a
de um motor de velocidade única.
30
Especificação do Motor Elétrico
Figura 5.1 - Resumo das ligações Dahlander
Conjugado constante
O conjugado nas duas rotações é constante e a relação de
potência é da ordem de 0,63:1. Neste caso o motor tem uma
ligação de Δ/YY.
g
Exemplo:
Motor 0,63/1 cv - IV/II polos - Δ/YY.
Este caso se presta as aplicações cuja curva de torque da
carga permanece constante com a rotação.
Potência constante
Neste caso, a relação de conjugado é 2:1 e a potência
permanece constante. O motor possui uma ligação YY/Δ
Exemplo: 10/10 cv - IV/II polos - YY/Δ.
g
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Conjugado variável
Neste caso, a relação de potência será de aproximadamente
1:4. É muito aplicado às cargas como bombas, ventiladores.
Sua ligação é Y/YY.
g
Exemplo: 1/4 cv - IV/II polos - Y/YY.
5.1.3 Motores com Mais de Duas Velocidades
É possível combinar um enrolamento Dahlander com um
enrolamento simples ou mais. Entretanto, não é comum, e
somente utilizado em aplicações especiais.
5.2 Variação do Escorregamento
Neste caso, a velocidade do campo girante é mantida
constante, e a velocidade do rotor é alterada de acordo com
as condições exigidas pela carga, que podem ser:
a) variação da resistência rotórica
b) variação da tensão do estator
c) variação de ambas, simultaneamente.
Estas variações são conseguidas através do aumento das
perdas rotóricas, o que limita a utilização desse sistema.
5.2.1 Variação da Resistência Rotórica
Utilizado em motores de anéis. Baseia-se na seguinte
equação:
pj2
s =
=
3 . R2 . I22
ωo . T
ωo . T
onde: pj2
ωo
T
R2
I2
s
=
=
=
=
=
=
Perdas rotóricas (W)
Rotação síncrona em rd/s
Torque ou conjugado do rotor
Resistência rotórica (Ohms)
Corrente rotóricas (A)
Escorregamento
A inserção de uma resistência externa no rotor faz com que
o motor aumente o escorregamento (s), provocando a
variação de velocidade.
Na figura a seguir, vemos o efeito do aumento do R2.
'
5.2.2 Variação da Tensão do Estator
É um sistema pouco utilizado, uma vez que também gera
perdas rotóricas e a faixa de variação de velocidade é
pequena.
5.3 Inversores de Frequência
Maiores informações sobre o uso de inversores de
frequência para controle de velocidade, ver capítulo
“Aplicação de motores de indução alimentados por
inversores de frequência”.
6. Motofreio Trifásico
O motofreio consiste de um motor de indução acoplado a um
freio monodisco, formando uma unidade integral compacta
e robusta. O motor de indução é totalmente fechado com
ventilação externa, com as mesmas características de
robustez e desempenho da linha de motores.
O freio é construído com poucas partes móveis, que
assegura longa duração com o mínimo de manutenção. A
dupla face das pastilhas forma uma grande superfície de
atrito, que proporciona pequena pressão sobre as mesmas,
baixo aquecimento e mínimo desgaste. Além disso, o freio é
resfriado pela própria ventilação do motor. A bobina de
acionamento do eletroímã, protegida com resina epóxi,
funciona continuamente com tensões de 10% acima ou
abaixo da nominal.
A bobina de acionamento do eletroímã é alimentada por
corrente contínua, fornecida por uma ponte retificadora
composta de diodos de silício e varistores, que suprimem
picos indesejáveis de tensão e permitem um rápido
desligamento da corrente. A alimentação em corrente
contínua proporciona maior rapidez e uniformidade de
operação do freio.
O motofreio é geralmente aplicado em:
g Máquinas-ferramenta
g Teares
g Máquinas de embalagem
g Transportadores
g Máquinas de lavar e engarrafar
g Máquinas de bobinar
g Dobradeiras
g Guindastes
g Pontes-rolante
g Elevadores
g Ajustes de rolos de laminadores
g Máquinas gráficas
Enfim, em equipamentos onde são exigidos paradas rápidas
por questões de segurança, posicionamento e redução de
tempo de operação.
Figura 5.2 - Curva de conjugado com variação da resistência rotórica
Especificação do Motor Elétrico
31
www.weg.net
6.1 Funcionamento do Freio
Quando o motor é desligado da rede, o controle também
interrompe a corrente da bobina e o eletroímã para de atuar.
As molas de pressão empurram a armadura na direção da
tampa traseira do motor. As pastilhas, que estão alojadas no
disco de frenagem, são comprimidas entre as duas
superfícies de atrito, a armadura e a tampa, freando o motor
até que ele pare. Quando o motor é ligado na rede, a bobina
é alimentada e a armadura é atraída contra a carcaça do
eletroímã, vencendo a resistência das molas. As pastilhas ao
ficarem livres deslocam-se axialmente em seus alojamentos
ficando afastadas das superfícies de atrito. Assim, termina a
ação de frenagem, deixando o motor partir livremente.
b) Frenagem média
Neste caso, intercala-se um contato para interrupção da
corrente de alimentação da ponte retificadora no circuito de
CA. É essencial que este seja um contato auxiliar NA do
próprio contator ou chave magnética do motor, para garantir
que se ligue ou desligue o freio simultaneamente com o
motor.
Opcionalmente pode ser fornecido disco de frenagem de
lonas.
6.2 Esquemas de Ligação
O motofreio WEG admite três sistemas de ligações,
proporcionando frenagem lentas, médias e rápidas.
a) Frenagem lenta
A alimentação da ponte retificadora da bobina do freio é feita
diretamente dos terminais do motor, sem interrupção,
conforme figura a seguir:
D - Ponte Retificadora
L - Bobina do eletroímã
K - Contator
S1- Contato auxiliar NA
Figura 6.2 - Esquema de ligação para frenagem média
c) Frenagem rápida
Intercala-se o contato para interrupção diretamente num dos
fios de alimentação da bobina, no circuito CC. É necessário
que este seja um contato auxiliar NA do próprio contator ou
chave magnética do motor.
D - Ponte Retificadora
L - Bobina do eletroímã
K - Contator
Figura 6.1 - Esquema de ligação para frenagem lenta
D - Ponte retificadora
L - Bobina do eletroímã
K - Contator
S1 - Contato auxiliar NA
Figura 6.3 - Esquema de ligação para frenagem rápida
32
Especificação do Motor Elétrico
www.weg.net
6.3 Alimentação da Bobina do Freio
A alimentação da ponte retificadora por corrente alternada,
pode ser obtida de fonte independente ou dos
terminais do motor. Esta alimentação poderá
ser em 110/220 V, 440 V ou 575 V, de acordo com as
características do conjunto ponte retificadora/bobina
de freio.
A bobina do freio também poderá ser fornecida
em 24 Vcc, mas neste caso a alimentação deverá
ser através de uma fonte independente (corrente
contínua), dispensando o uso de ponte retificadora (PR).
Pelos terminais do motor
a)Motor 220/380 V: ligar os terminais 1 e 2 da PR (220 Vca) entre os terminais 1 e 4 do motor.
b)Motor 380/660 V: ligar os terminais 1 e 2 da PR (220 Vca) entre o terminal 2 e o neutro.
c)Motor 220/380/440/760 V: ligar os terminais 1 e 2 da PR (220 Vca) entre os terminais 1 e 4 do motor.
d)Motor com 3 cabos (tensão única): ligar os terminais 1 e 2 da PR entre os terminais 1 e 2 do motor (caso a tensão da ponte for igual a do motor).
e)Motor dupla polaridade 220 V (PR 220 Vca):
1. alta rotação: ligar entre os terminais 4 e 6 do motor.
2. baixa rotação: ligar entre os terminais 1 e 2 do motor.
Motor 440 V: ligar os terminais da ponte retificadora
(440 Vca) nos terminais do motor.
Alimentação independente (CA)
Para motores de outras tensões, ligar os terminais
da ponte retificadora à fonte independente de 220 V,
porém com interrupção simultânea com a alimentação do
motor. Com alimentação independente, é possível fazer
eletricamente destravamento do freio, conforme figura
abaixo.
D - Ponte retificadora
L - Bobina do eletroímã
K - Contator
S1 - Contato auxiliar NA
S2 - Chave de destravamento elétrico
Figura 6.4 - Esquema de ligação para alimentação independente
6.4 Conjugado de Frenagem
Pode-se obter uma parada mais suave do motor diminuindo
o valor do conjugado de frenagem, pela retirada de parte das
molas de pressão do freio.
Importante!
As molas devem ser retiradas de maneira que as restantes
permaneçam simetricamente dispostas evitando que continue existindo fricção mesmo após acionado o motor, e ocasione o desgaste desuniforme das pastilhas.
6.5 Ajuste do Entreferro
Os motofreios são fornecidos com o entreferro inicial, ou
seja, a distância entre a armadura e a carcaça com o freio
aplicado, pré-ajustado pela fábrica em seu valor mínimo
indicado na tabela 6.1.
Por serem de construção simples, os motofreios
praticamente dispensam manutenção, a não ser a ajustagem
periódica do entreferro. Recomenda-se proceder uma
limpeza interna, quando houver penetração de água,
poeiras, etc, ou por ocasião da manutenção periódica do
motor.
Carcaça
Entreferro inicial (mm)
Entreferro máximo (mm)
71
0,2 - 0,3
0,6
80
0,2 - 0,3
0,6
90S - 60L
0,2 - 0,3
0,6
100L
0,2 - 0,3
0,6
112M
0,2 - 0,3
0,6
132S - 132M
0,3 - 0,4
0,8
160M - 160L
0,3 - 0,4
0,8
Tabela 6.1
Com o desgaste natural das pastilhas, o entreferro aumenta
gradativamente, não afetando o bom funcionamento do freio
até que ele atinja o valor máximo indicado na tabela 6.1.
Para reajustar o entreferro a seus valores iniciais, procede-se
como segue:
a) Retirar os parafusos de fixação e remover a tampa defletora;
b) Remover o anel de proteção;
c) Medir o entreferro em três pontos, próximos aos parafusos de regulagem, a qual é feita com um jogo de lâminas padrão (espião);
d) Se a medida encontrada for maior ou igual ao valor máximo indicado, ou se as três leituras forem diferentes entre si, prosseguir a regulagem da seguinte maneira:
1. soltar as contraporcas e os parafusos de regulagem;
2. ajustar o entreferro ao seu valor inicial indicado na tabela 6.1, apertando por igual os três parafusos de
regulagem. O valor do entreferro deve ser uniforme nos três pontos de medição e ser de tal forma, que a lâmina
padrão correspondente ao limite inferior, penetre livremente em toda a volta, e a lâmina correspondente ao limite superior não possa ser introduzida em nenhum
ponto;
3. apertar os parafusos de travamento até que sua ponta fique apoiada na tampa do motor. Não apertar em
demasia;
Especificação do Motor Elétrico
33
www.weg.net
4. apertar firmemente as contraporcas;
5. fazer verificação final do entreferro, procedendo as medições conforme o item 2;
6. recolocar a cinta de proteção;
7. recolocar a tampa defletora, fixando com os parafusos.
Intervalos para inspeção e ajuste do entreferro
O intervalo de tempo entre as reajustagens periódicas do
entreferro, ou seja, o número de operações de frenagem até
que o desgaste das pastilhas leve o entreferro ao seu valor
máximo, depende da carga, das condições de serviço, das
impurezas do ambiente de trabalho, etc. O intervalo ideal
poderá ser determinado pela manutenção, observando-se o
comportamento do motofreio nos primeiros meses de
funcionamento, nas condições reais de trabalho.
O desgaste das pastilhas depende do momento de inércia
da carga acionada.
c) Um sistema de resfriamento eficiente é aquele que
consegue dissipar a maior quantidade de calor disponível,
através da menor área de dissipação. Para isso, é
necessário que a queda interna de temperatura, mostrada
na figura 7.1, seja minimizada. Isto quer dizer que deve haver
uma boa transferência de calor do interior do motor até a
superfície externa de temperatura.
O que realmente queremos limitar é a elevação da
temperatura no enrolamento sobre a temperatura do ar
ambiente. Esta diferença total (Δt) é comumente chamada
“elevação de temperatura” do motor e, como é indicado na
figura 7.1, vale a soma da queda interna com a queda externa.
A WEG dispõe de outras opções de freio para
aplicações mais rigorosas (ex: pontes rolantes,
tracionadores, redutores, etc). Em caso de dúvidas,
consulte a WEG.
7. Características em Regime
7.1.1 Aquecimento do Enrolamento
Perdas
A potência útil fornecida pelo motor na ponta do eixo é menor
que a potência que o motor absorve da linha de alimentação,
isto é, o rendimento do motor é sempre inferior a 100%.
A diferença entre as duas potências representa as perdas,
que são transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento
e deve ser dissipado para fora do motor, para evitar que a
elevação de temperatura seja excessiva. O mesmo acontece
em todos os tipos de motores. No motor de automóvel, por
exemplo, o calor gerado pelas perdas internas tem que ser
retirado do bloco pelo sistema de circulação de água com
radiador ou pela ventoinha, em motores resfriados a ar.
Dissipação do calor
O calor gerado pelas perdas no interior de um motor fechado
é dissipado para o ar ambiente através da superfície externa
da carcaça. Em motores fechados essa dissipação é
normalmente auxiliada pelo ventilador montado no próprio
eixo do motor. Uma boa dissipação depende:
g da eficiência do sistema de ventilação;
g da área total de dissipação da carcaça;
g da diferença de temperatura entre a superfície externa da carcaça e do ar ambiente (text - ta ).
a) O sistema de ventilação bem projetado, além de ter um
ventilador eficiente, capaz de movimentar grande volume de
ar, deve dirigir esse ar de modo a cobrir toda a superfície da
carcaça, onde se dá a troca de calor. De nada adianta um
grande volume de ar se ele se espalha sem retirar o calor do
motor.
b) A área total de dissipação deve ser a maior possível. Entretanto,
um motor com uma carcaça muito grande, para obter maior
área, seria muito caro e pesado, além de ocupar muito espaço.
Por isso, a área de dissipação disponível é limitada pela
necessidade de fabricar motores pequenos e leves. Isso é
compensado em parte, aumentando-se a área disponível por
meio de aletas de resfriamento, fundidas com a carcaça.
34
Especificação do Motor Elétrico
Figura 7.1
Como vimos, interessa reduzir a queda interna (melhorar a
transferência de calor) para poder ter uma queda externa
maior possível, pois esta é que realmente ajuda a dissipar o
calor. A queda interna de temperatura depende de diversos
fatores como indica a figura 7.1, onde as temperaturas de
certos pontos importantes do motor estão representadas e
explicadas a seguir:
A
- Ponto mais quente do enrolamento, no interior da
ranhura, onde é gerado o calor proveniente das perdas
nos condutores.
AB - Queda de temperatura na transferência de calor do
ponto mais quente até os fios externos. Como o ar é
um péssimo condutor de calor, é importante que não
hajam “vazios” no interior da ranhura, isto é, as bobinas
devem ser compactas e a impregnação com verniz
deve preencher o máximo possível os vazios.
B
- Queda através do isolamento da ranhura e no contato
deste com os condutores de um lado, e com as
chapas do núcleo, do outro. O emprego de materiais
modernos melhora a transmissão de calor através do
isolante; a impregnação perfeita, melhora o contato do
lado interno, eliminando espaços vazios; o bom
alinhamento das chapas estampadas, melhora o
contato do lado externo, eliminando camadas de ar
que prejudicam a transferência de calor.
www.weg.net
BC - Queda de temperatura por transmissão através do
material das chapas do núcleo.
C
-Queda no contato entre o núcleo e a carcaça.
A condução de calor será tanto melhor quanto mais perfeito for o contato entre as partes, dependendo do
bom alinhamento das chapas, e precisão da usinagem
da carcaça. Superfícies irregulares deixam espaços
vazios entre elas, resultando mau contato e, portanto,
má condução do calor.
CD - Queda de temperatura por transmissão através da espessura da carcaça.
Graças a um projeto moderno, uso de materiais avançados, processos de fabricação aprimorados, sob um permanente Controle de Qualidade, os motores WEG apresentam uma
excelente transferência de calor do interior para a superfície,
eliminando “pontos quentes” no enrolamento.
mantida abaixo de um certo limite. Acima deste valor, a vida útil
dos materiais isolantes vai se tornando cada vez mais curta, à
medida que a temperatura de trabalho é mais alta. Este limite de
temperatura é muito mais baixo que a temperatura de “queima”
do isolante e depende do tipo de material empregado.
Esta limitação de temperatura se refere ao ponto mais quente da
isolação e não necessariamente ao enrolamento todo.
Evidentemente, basta um “ponto fraco” no interior da bobina
para que o enrolamento fique inutilizado.
Recomendamos utilizar sensores de temperatura como
proteção adicional ao motor elétrico. Estes poderão garantir
uma maior vida ao motor e confiabilidade ao processo.
A especificação de alarme e/ou desligamento deve ser realizada
de acordo com a classe térmica do motor. Em caso de dúvidas,
consulte a WEG.
Temperatura externa do motor
7.1.3 Classes de Isolamento
Segue abaixo os locais onde recomendamos verificar a
temperatura externa de um motor elétrico, utilizando um
medidor de temperatura calibrado. conforme a figura abaixo:
Definição das classes
Como foi visto anteriormente, o limite de temperatura
depende do tipo de material empregado. Para fins de
normalização, os materiais isolantes e os sistemas de
isolamento (cada um formado pela combinação de vários
materiais) são agrupados em CLASSES DE ISOLAMENTO,
cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou
seja, pela maior temperatura que o material ou o sistema de
isolamento pode suportar continuamente sem que seja
afetada sua vida útil.
Centro da carcaça
Tampa dianteira,
junto ao rolamento.
Figura 7.2
Importante!
Medir também a temperatura ambiente (máx. a 1 m de
distância do motor)
7.1.2 Vida Útil do Motor
Conforme comentado no item “materiais e sistemas de
isolação”, a sua vida útil depende quase exclusivamente da vida
útil do sistema de isolamento dos enrolamentos. Este é afetado
por muitos fatores, como umidade, vibrações, ambientes
corrosivos e outros. Dentre todos os fatores, o mais importante
é, sem dúvida a temperatura de trabalho dos materiais isolantes
empregados. Um aumento de 8 a 10 graus acima do limite da
classe térmica na temperatura do sistema de isolamento, pode
reduzir a vida útil do enrolamento pela metade.
Quando falamos em diminuição da vida útil do motor, não nos
referimos às temperaturas elevadas, quando o isolante se
queima e o enrolamento é destruído de repente. A vida útil do
sistema de isolamento (em termos de temperatura de trabalho,
bem abaixo daquela em que o material se queima), refere-se ao
envelhecimento gradual do isolante, que vai se tornando
ressecado, perdendo o poder isolante, até que não suporte
mais a tensão aplicada e produza o curto-circuito. A experiência
mostra que a capacidade de isolamento dos materiais tem uma
duração praticamente ilimitada, se a sua temperatura for
As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e
os respectivos limites de temperatura conforme
ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1, são as seguintes:
Classe A (105 ºC)
Classe E (120 ºC)
Classe B (130 ºC)
Classe F (155 ºC)
Classe H (180 ºC)
7.1.4 Medida de Elevação de Temperatura do
Enrolamento
É muito difícil medir a temperatura do enrolamento com
termômetros ou termopares, pois a temperatura varia de um
ponto a outro e nunca se sabe se o ponto da medição está
próximo do ponto mais quente. O método mais confiável de
se medir a temperatura de um enrolamento é através da
variação de sua resistência ôhmica com a temperatura.
A elevação da temperatura pelo método da resistência, é
calculada por meio da seguinte fórmula:
Δt = t2 - ta =
onde: Δt =
t1 =
t2 =
ta =
R1 =
R2 =
R2 - R1
R1
(235 + t1) + t1 - ta
é a elevação de temperatura;
a temperatura do enrolamento antes do ensaio, praticamente
igual a do meio refrigerante, medida por termômetro;
a temperatura dos enrolamentos no fim do ensaio;
a temperatura do meio refrigerante no fim do ensaio;
Resistência do enrolamento antes do ensaio;
Resistência do enrolamento no fim do ensaio.
Especificação do Motor Elétrico
35
www.weg.net
7.1.5 Aplicação a Motores Elétricos
A temperatura do ponto mais quente do enrolamento deve
ser mantida abaixo do limite da classe. A temperatura total
vale a soma da temperatura ambiente com a elevação de
temperatura Δt mais a diferença que existe entre a
temperatura média do enrolamento e a do ponto mais
quente. As normas de motores fixam a máxima elevação de
temperatura Δt, de modo que a temperatura do ponto mais
quente fica limitada, baseada nas seguintes considerações:
a) A temperatura ambiente é, no máximo 40 oC, por norma, e acima disso as condições de trabalho são consideradas especiais.
b) A diferença entre a temperatura média e a do ponto mais quente não varia muito de motor para motor e seu valor estabelecido em norma, baseado na prática é 5 oC, para
as classes A e E, 10 oC para as classes B e F e 15 °C para
a classe H.
A proteção térmica é efetuada por meio de termoresistências
(resistência calibrada), termistores, termostatos ou protetores
térmicos. Os tipos de sensores a serem utilizados são
determinados em função da classe de temperatura do
isolamento empregado, de cada tipo de máquina e da exigência
do cliente.
As normas de motores, portanto, estabelecem um máximo
para a temperatura ambiente e especificam uma elevação
de temperatura máxima para cada classe de isolamento.
Deste modo, fica indiretamente limitada a temperatura
do ponto mais quente do motor. Os valores numéricos e
a composição da temperatura admissível do ponto mais
quente, são indicados na tabela 7.1.
Um mesmo sensor pode servir para alarme (operação acima
da temperatura normal de trabalho) e desligamento
(geralmente ajustada para a máxima temperatura da classe
de isolamento). As resistências dos cabos, dos contatos,
etc., podem interferir na medição assim, existem diferentes
tipos de configurações que podem ser realizadas buscando
minimizar esses efeitos.
g A configuração de dois fios normalmente é satisfatória em
locais onde o comprimento do cabo do sensor ao
instrumento não ultrapassa 3,0 m para bitola 20 AWG.
g Na configuração de três fios (mais utilizada pela indústria) haverá
uma compensação da resistência elétrica pelo terceiro fio.
g Na configuração de quatro fios (montagem mais precisa),
existem duas ligações para cada terminal do bulbo (dois
cabos para tensão e dois para corrente), obtendo-se um
balanceamento total de resistências (é utilizada nos casos
onde grande precisão é necessária).
Classe de isolamento
Temperatura ambiente
Δt = elevação de temperatura
(método da resistência)
Diferença entre o ponto mais quente
e a temperatura média
Total: temperatura do ponto mais quente
A
C 40
E
40
B
40
o
C 60
75
80 105 125
o
C
5
10
o
C 105 120 130 155 180
o
5
F
40
10
H
40
15
Tabela 7.1 - Composição da temperatura em função da classe
de isolamento
Para motores de construção naval, deverão ser obedecidos
todos os detalhes particulares de cada entidade
classificadora, conforme tabela 7.2.
Entidades
classificadoras
para uso naval
Máxima
temperatura
ambiente
(°C)
Germanischer Lloyd
American Bureau of Shipping
Bureau Véritas
Norske Véritas
Lloyds Register of Shipping
RINa
45
50
50
45
45
45
Máxima sobreelevação de
temperatura permitida por classe de
isolamento, Δt em oC (método de
variação de resistência)
A
E
B
F
55
70
75
96
55
65
75
95
50
65
70
90
50
65
70
90
50
65
70
90
50
70
75
—
Tabela 7.2 - Correção das temperaturas para rotores navais
7.2 Proteção Térmica de Motores Elétricos
Os motores utilizados em regime contínuo devem ser
protegidos contra sobrecargas por um dispositivo integrante
do motor, ou um dispositivo de proteção independente,
geralmente com relé térmico com corrente nominal ou de
ajuste, igual ou inferior ao valor obtido multiplicando-se a
corrente nominal de alimentação (In) pelo fator de serviço
(FS), conforme a tabela:
Fator de Serviço do Motor (FS)
Ajuste da Corrente do relé
1,0 até 1,15
In.FS
≥ 1,15
(In. FS) - 5%
Tabela 7.3 - Corrente de alimentação x Fator de serviço
36
Especificação do Motor Elétrico
7.2.1 Termorresistores (Pt-100)
São sensores de temperatura com princípio de
funcionamento baseado na propriedade que alguns materiais
que variam a resistência elétrica com a variação da
temperatura (geralmente platina, níquel ou cobre). Possuem
resistência calibrada que varia linearmente com a
temperatura, possibilitando um acompanhamento contínuo
do processo de aquecimento do motor pelo display do
controlador, com alto grau de precisão e sensibilidade de
resposta.
Desvantagem
Os elementos sensores e os circuitos de controle possuem
um alto custo.
Figura 7.3 - Visualização do aspecto interno e externo dos termorresistores
Para o Pt-100, a temperatura pode ser obtida com a fórmula
a seguir, ou através de tabelas fornecidas pelos fabricantes.
r - 100
t ºC =
0,385
r - resistência medida em Ohms
7.2.2 Termistores (PTC e NTC)
Os termistores são dispositivos feitos de materiais
semicondutores, cuja resistência varia acentuadamente com
a temperatura.
PTC - coeficiente de temperatura positivo
NTC - coeficiente de temperatura negativo
www.weg.net
O termistor “PTC” apresenta aumento da resistência com o
aumento da temperatura e alguns são caracterizados por esta
subida ser abrupta, o que os torna úteis em dispositivos de
proteção de sobreaquecimento. O termistor “NTC” apresenta
redução da resistência com o aumento da temperatura,
normalmente não sendo utilizados em motores elétricos.
desligamento) de motores elétricos trifásicos. Em motores, os
termostatos são instalados nas cabeças de bobinas de fases
diferentes e ligados em série com a bobina do contator onde,
dependendo do grau de segurança e da especificação do
cliente, podem ser utilizados três termostatos (um por fase) ou
seis termostatos (grupos de dois por fase).
A brusca variação na resistência interrompe a corrente no PTC,
acionando um relé de saída, o qual desliga o circuito principal.
Os termistores podem ser usados para alarme e desligamento.
Nesse caso, são necessários dois termistores, conectados em
série, por fase.
Para operar em alarme e desligamento (dois termostatos por
fase), os termostatos de alarme devem ser apropriados para
atuação na elevação de temperatura prevista do motor,
enquanto que os termostatos de desligamento deverão atuar
na temperatura máxima do material isolante.
Os termistores possuem tamanho reduzido, não sofrem
desgastes mecânicos e têm uma resposta mais rápida em
relação aos outros detectores, embora não permitam um
acompanhamento contínuo do processo de aquecimento do
motor. Os termistores com seus respectivos circuitos
eletrônicos de controle oferecem proteção completa contra
sobreaquecimento produzido por falta de fase, sobrecarga,
sub ou sobretensões e operações frequentes de reversão ou
liga-desliga. Possuem baixo custo, quando comparado ao do
tipo Pt-100, porém, necessitam de relé para comando da
atuação do alarme ou operação.
Figura 7.5 - Visualização do aspecto interno e externo do termostato
Figura 7.4 - Visualização do aspecto externo dos termistores
Segue abaixo a tabela dos principais PTC utilizados nos motores
elétricos. Esta tabela relaciona as cores dos cabos do sensor
PTC com sua temperatura de atuação.
Cores dos cabos
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Temperatura C
110
120
140
160
180
Os termostatos também são utilizados em aplicações
especiais de motores monofásicos. Nestas aplicações, o
termostato pode ser ligado em série com a alimentação do
motor, desde que a corrente do motor não ultrapasse a
máxima corrente admissível do termostato. Caso isto ocorra,
o termostato deve ser ligado em série com a bobina do
contator. Os termostatos são instalados nas cabeças de
bobinas de fases diferentes.
Tabela 7.4 - Cores dos cabos
A WEG possui o relê eletrônico RPW que tem a função
específica de adquirir o sinal do PTC e atuar seu relé de saída.
Para maiores informações consulte a WEG.
7.2.3 Protetores Térmicos Bimetálicos - Termostatos
São sensores térmicos do tipo bimetálico com contatos de
prata normalmente fechados, que se abrem ao atingir
determinada elevação de temperatura. Quando a temperatura
de atuação do bimetálico baixar, este volta a sua forma,
original instantaneamente, permitindo o fechamento dos
contatos novamente. Os termostatos podem ser destinados
para sistemas de alarme, desligamento ou ambos (alarme e
Figura 7.6 - Instalação do protetor térmico bimetálico
Observação: a WEG recomenda utilizar sensores de temperatura na proteção do enrolamento e rolamentos, com o intuito de aumentar a vida útil e
confiabilidade do motor elétrico.
Especificação do Motor Elétrico
37
www.weg.net
7.2.4 Protetores Térmicos Fenólicos
São dispositivos do tipo bimetálico com contatos normalmente
fechados utilizados principalmente em motores de indução
monofásicos para proteção contra sobreaquecimento provocado
por sobrecargas, travamento do rotor, quedas de tensão, etc.
O protetor térmico consiste basicamente em um disco bimetálico
que possui dois contatos móveis, uma resistência e um par de
contatos fixos. O protetor é ligado em série com a alimentação e
devido à dissipação térmica causada pela passagem da corrente
através da resistência interna, ocorre uma deformação do disco,
fazendo os contatos abrir e a alimentação do motor ser
interrompida.
Após ser atingida uma temperatura inferior à especificada, o
protetor deve religar. Em função do religamento, pode haver dois
tipos de protetores:
a) Protetor com religamento automático;
b) Protetor com religamento manual.
Figura 7.8 - Diagrama de ligação do protetor térmico para motores trifásicos
Figura 7.7 - Visualização do aspecto interno do protetor térmico
O protetor térmico também tem aplicação em motores
trifásicos, porém, apenas em motores com ligação Y. O seguinte esquema de ligação poderá ser utilizado:
Vantagens
g Combinação de protetor sensível à corrente e à temperatura;
g Possibilidade de religamento automático.
Desvantagens
g Limitação da corrente, por estar o protetor ligado diretamente à bobina do motor monofásico;
g Aplicação voltada para motores trifásicos somente no centro da ligação Y.
Observação: a WEG recomenda utilizar sensores de temperatura na proteção do enrolamento e rolamentos, com o intuito de aumentar a vida útil e
confiabilidade do motor elétrico.
38
Especificação do Motor Elétrico
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Termorresistor
(Pt-100)
Protetor
térmico
bimetálico
Termistor
(PTC e NTC)
Protetor
térmico
fenólico
Contatos
móveis
g Bimetálicos
Contatos móveis
Inserido no
circuito
g Cabeça de
bobina
Inserido no
circuito
g
Mecanismo
de proteção
Resistência
calibrada
Resistor de
avalanche
Disposição
Cabeça de
bobina
Cabeça de
bobina
Forma de
atuação
Comando
externo de
atuação na
proteção
Comando
externo de
atuação na
proteção
Limitação de
corrente
Corrente de
comando
Corrente de
comando
Corrente do
motor
g C
orrente do
comando
Corrente do
motor
Tipo de
sensibilidade
Temperatura
Temperatura
Corrente e
temperatura
Corrente e
temperatura
Número de
unidades por
motor
3 ou 6
3 ou 6
3 ou 6
1 ou 3
1
Tipos de
comando
Alarme e/ou
desligamento
Alarme e/ou
desligamento
g
g
g
Atuação direta
C
omando
Atuação direta
externo de
atuação da
proteção
g
g
g
Desligamento
A larme e/ou
desligamento
Desligamento
Tabela 7.5 - Protetores térmicos
Proteção em função da corrente
Só fusível ou
disjuntor
Fusível e
relé
térmico
Proteção
com sondas
térmicas, e
relé térmico
Causas de sobreaquecimento
Sobrecarga com corrente 1.2
vezes a corrente nominal
Regimes de carga S1 a S10
Frenagens, reversões e
funcionamento com partida
frequentes
Geralmente estes disjuntores não possuem regulagem/ajuste
da sua corrente térmica/sobrecarga nominal, tendo apenas
valores fixos desta corrente nominal, e na maioria dos casos,
não se igualando a corrente nominal do motor elétrico.
g Nos disjuntores, seu dispositivo térmico, não tem classe
térmica de disparo (tipo 10, 20, 30, segundo ABNT NBR
60947-1), na qual tem como curva característica: ta = tempo
de desarme x le = múltiplo de corrente ajustada no relé, e
que relés de sobrecarga normais e eletrônicos possuem.
g Em casos de sistemas trifásicos, o dispositivo térmico dos
disjuntores não possui a proteção por "falta de fase", pois
seu dispositivo térmico não tem a "curva característica
sobrecarga bipolar" - 2 fases que os relés de sobrecarga
normais e eletrônicos possuem.
g 7.3 Regime de Serviço
Segundo a IEC 60034-1, é o grau de regularidade da carga a
que o motor é submetido. Os motores normais são projetados
para regime contínuo, (a carga é constante), por tempo
indefinido, e igual a potência nominal do motor. A indicação do
regime do motor deve ser feita pelo comprador da forma mais
exata possível. Nos casos em que a carga não variar ou nos
quais variar de forma previsível, o regime poderá ser indicado
numericamente ou por meio de gráficos que representam a
variação em função do tempo das grandezas variáveis.
Quando a sequência real dos valores no tempo for
indeterminada, deverá ser indicada uma sequência fictícia não
menos severa que a real. A utilização de outro regime de
partida em relação ao informado na placa de identificação
pode levar o motor ao sobreaquecimento e consequente
danos ao mesmo. Em caso de dúvidas consulte a WEG.
7.3.1 Regimes Padronizados
Conforme a NBR 17094-1, os regimes de tipo e os símbolos
alfa-numéricos a eles atribuídos, são indicados a seguir:
a) Regime contínuo (S1)
Funcionamento à carga constante de duração suficiente para
que se alcance o equilíbrio térmico (figura 7.9).
Funcionamento com mais de 15
partidas por hora
Rotor bloqueado
Falta de fase
Variação de tensão excessiva
Variação de frequência na rede
Temperatura ambiente
excessiva
Aquecimento externo
provocado por rolamentos,
correias, polias, etc
Obstrução da ventilação
Tabela 7.6 - Comparação entre sistemas de proteção de motores
Legenda: não protegido
semi-protegido
totalmente protegido
Orientamos não utilizar disjuntores em caixa moldada para
distribuição e minidisjuntores para proteção de partidas de
motores elétricos devido a estes não atenderem a norma de
proteção de motores elétricos pelos seguintes motivos:
Figura 7.9
tN
θmáx
= funcionamento em carga constante
= temperatura máxima atingida
b) Regime de tempo limitado (S2)
Funcionamento à carga constante, durante um certo tempo, inferior ao necessário para atingir o equilíbrio térmico, seguido de um período de repouso de duração suficiente para restabelecer a temperatura do motor dentro de + 2K em
relação à temperatura do fluido refrigerante (figura 7.10).
Especificação do Motor Elétrico
39
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tD + tN
Fator de duração do ciclo = tD + tN + tR
. 100%
Figura 7.10
tN
θmáx
=
funcionamento em carga constante
=
temperatura máxima atingida durante o ciclo
c) Regime intermitente periódico (S3 )
Sequência de ciclos idênticos, cada qual incluindo um
período de funcionamento com carga constante e um
período desenergizado e em repouso. Neste regime o ciclo é
tal que a corrente de partida não afeta de modo significativo
a elevação de temperatura (figura 7.11)
tN
Fator de duração do ciclo =
tN + tR
. 100%
Figura 7.12
tD
tN
tR
θmáx
=
=
=
=
partida
funcionamento em carga constante
repouso
temperatura máxima atingida durante o ciclo
e) Regime intermitente periódico com frenagem elétrica
(S5)
Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual
consistindo de um período de partida, um período de
funcionamento a carga constante, um período de frenagem
elétrica e um período desenergizado e em repouso, sendo
tais períodos muito curtos para que se atinja o equilíbrio
térmico (figura 7.13).
Fator de duração do ciclo =
tD + tN + tF
tD + tN + tF + tR
Figura 7.11
tN = funcionamento em carga constante
tR = repouso
θmax = temperatura máxima atingida durante o ciclo
d) Regime intermitente periódico com partidas (S4)
Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual
consistindo de um período de partida, um período de
funcionamento a carga constante e um período de repouso,
sendo tais períodos muito curtos, para que se atinja o
equilíbrio térmico (figura 7.12).
Figura 7.13
tD
tN
tF
tR
θmáx
40
Especificação do Motor Elétrico
=
=
=
=
=
partida
funcionamento em carga constante
frenagem elétrica
repouso
temperatura máxima atingida durante o ciclo
. 100%
www.weg.net
f) Regime de funcionamento contínuo periódico com
carga intermitente (S6)
Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual
consistindo de um período de funcionamento a carga
constante e de um período de funcionamento em vazio,
não existindo período de repouso (figura 7.14)
Fator de duração do ciclo =
tN
. 100%
tN + tV
h) Regime de funcionamento contínuo com mudança
periódica na relação carga/velocidade de rotação (S8)
Sequência de ciclos de regimes idênticos, cada ciclo
consistindo de um período de partida e um período de
funcionamento a carga constante, correspondendo a uma
determinada velocidade de rotação, seguidos de um ou mais
períodos de funcionamento a outras cargas constantes,
correspondentes a diferentes velocidades de rotação. Não
existe período de repouso (figura 7.16).
Fator de duração de ciclo:
tD + tN1
g Para
N1 =
tD + tN1 + tF1 + tN2 + tF2 + tN3
g
tF1 + tN2
Para N2 =
g
. 100%
tD + tN1 + tF1 + tN2 + tF2 + tN3
tF2 + tN3
Para N3 =
. 100%
. 100%
tD + tN1 + tF1 + tN2 + tF2 + tN3
Figura 7.14
tN
= funcionamento em carga constante
= funcionamento em vazio
tV
θ máx = temperatura máxima atingida durante o ciclo
g) Regime de funcionamento contínuo periódico com
frenagem elétrica (S7)
Sequência de ciclos de regimes idênticos, cada qual
consistindo de um período de partida, de um período de
funcionamento a carga constante e um período de frenagem
elétrica, não existindo o período de repouso (figura 7.15).
Fator de duração do ciclo = 1
Figura 7.16
tF1 - tF2
tD
tN1 - tN2 - tN3
θmáx
=
=
=
=
frenagem elétrica
partida
funcionamento em carga constante
temperatura máxima atingida durante o ciclo
i) Regime com variações não periódicas de carga e
de velocidade (S9)
Regime no qual geralmente a carga e a velocidade variam
não periodicamente, dentro da faixa de funcionamento
admissível, incluindo frequentemente sobrecargas aplicadas
que podem ser muito superiores à carga de referência
(figura 7.17).
Figura 7.15
tD
tN
tF
θmáx
=
=
=
=
partida
funcionamento em carga constante
frenagem elétrica
temperatura máxima atingida durante o ciclo
Especificação do Motor Elétrico
41
www.weg.net
Figura 7.18c
Figura 7.17
j) Regime com cargas constantes distintas (S10)
Regime consistindo em um número específico de
valores distintos de cargas (ou cargas equivalentes) e, se
aplicável, velocidade, sendo cada combinação carga/
velocidade mantida por um tempo suficiente para permitir
que a máquina alcance o equilíbrio térmico. A carga
mínima durante um ciclo de regime pode ter o valor zero
(funcionamento em vazio ou repouzo desenergizado). Figuras
7.18a, b e c.
Nota: nos regimes S3 e S8, o período é geralmente curto demais para que
seja atingido o equilíbrio térmico, de modo que o motor vai se aquecendo e
resfriando parcialmente a cada ciclo. Depois de um grande número de ciclos
o motor atinge uma faixa de elevação de temperatura e equilíbrio.
k) Regimes especiais
Onde a carga pode variar durante os períodos de
funcionamento, existe reversão ou frenagem por contracorrente, etc., a escolha do motor adequado, deve ser feita
mediante consulta à fábrica e depende de uma descrição
completa do ciclo:
otência necessária para acionar a carga. Se a carga varia
P
ciclicamente, deve-se fornecer um gráfico de
carga x tempo, como exemplificado na figura 7.15.
g Conjugado resistente da carga.
g Momento de inércia total (GD2 ou J) da máquina acionada,
referida à sua rotação nominal.
g Número de partidas, reversões, frenagens por contracorrente, etc.
g Duração dos períodos em carga e em repouso ou vazio.
g
7.3.2 Designação do Regime Tipo
O regime tipo é designado pelo símbolo descrito no item
7.3. No caso de regime contínuo, este pode ser indicado,
em alternativa, pela palavra “contínuo”. Exemplos das
designações dos regimes:
Figura 7.18a
1) S2 60 segundos
A designação dos regimes S2 a S8 é seguida das seguintes
indicações:
a) S2, do tempo de funcionamento em carga constante;
b) S3 a S6, do fator de duração do ciclo;
c) S8, de cada uma das velocidades nominais que
constituem o ciclo, seguida da respectiva potência
nominal e do seu respectivo tempo de duração.
No caso dos regimes S4, S5, S7 e S8, outras indicações a serem acrescidas à designação, deverão ser estipuladas mediante acordo entre fabricante e comprador.
Figura 7.18b
42
Especificação do Motor Elétrico
Nota: Como exemplo das indicações a serem acrescidas, mediante o
referido acordo às designações de regimes tipo diferentes do contínuo,
citam-se as seguintes, aplicáveis segundo o regime tipo considerado:
a) Número de partidas por hora;
b) Número de frenagens por hora;
c) Tipo de frenagens;
d)Constante de energia cinética (H), na velocidade nominal, do motor e da
carga, esta última podendo ser substituída pelo fator de inércia (FI).
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Onde: constante de energia cinética é a relação entre a energia cinética
(armazenada no rotor à velocidade de rotação nominal) e a potência
aparente nominal. Fator de inércia é a relação entre a soma do
momento de inércia total da carga (referido ao eixo do motor) e do
momento de inércia do rotor.
2) S3 25%; S6 40%
3) S8 motor H.1 Fl. 10 33 cv 740rpm 3min
Onde: - H.1 s ignifica uma constante de energia cinética igual a 1s;
- Fl.10 significa um fator de inércia igual a 10.
4) S10 para Δt = 1,1/0,4; 1,0/0,3; 0,9/0,2; r/0,1; TL = 0,6,
o quadrado da carga, e que a elevação de temperatura é
diretamente proporcional às perdas. Isto é verdadeiro para
motores que giram continuamente, mas são solicitados
intermitentemente.
Assim,
P12 . t1 + P22 . t2 + P32 . t3 + P42 . t4 + P52 . t5 + P62 . t6
Pm =
t1 + t2 + t3 + t4 + t5 + t6
Onde: Δt está em p.u. (por unidade) para as diferentes cargas e suas
durações respectivas e do valor de TL em p.u. para a expectativa de
vida térmica do sistema de isolação. Durante os períodos de repouso,
a carga deve ser indicada pela letra “r”.
7.3.3 Potência Nominal
É a potência que o motor pode fornecer, dentro de suas
características nominais, em regime contínuo. O conceito
de potência nominal, ou seja, a potência que o motor pode
fornecer, está intimamente ligado à elevação de temperatura
do enrolamento. Sabemos que o motor pode acionar cargas
de potências bem acima de sua potência nominal, até quase
atingir o conjugado máximo. O que acontece, porém, é
que, se esta sobrecarga for excessiva, isto é, for exigido do
motor uma potência muito acima daquela para a qual foi
projetado, o aquecimento normal será ultrapassado e a vida
do motor será diminuída, podendo ele, até mesmo, queimar
rapidamente.
Deve-se sempre ter em mente que a potência solicitada
ao motor é definida pelas características da carga, isto é,
independente da potência do motor, ou seja: uma carga de
90 cv, independente se o motor for de 75 cv ou 100 cv, será
solicitado do motor 90 cv.
7.3.4 Potências Equivalentes para Cargas de Pequena
Inércia
Evidentemente um motor elétrico deve suprir à máquina
acionada com a potência necessária, sendo recomendável
que haja uma margem de folga, pois pequenas sobrecargas
poderão ocorrer; ou ainda, dependendo do regime de
serviço, o motor pode eventualmente suprir mais ou menos
potência. Apesar das inúmeras formas normalizadas de
descrição das condições de funcionamento de um motor, é
frequentemente necessário na prática, avaliar a solicitação
imposta ao motor por um regime mais complexo que
aqueles descritos nas normas. Uma forma usual de calcular
a potência equivalente pela fórmula:
Figura 7.19 - Funcionamento contínuo com solicitações intermitentes
No caso do motor ficar em repouso entre os tempos de
carga, a refrigeração deste será prejudicada. Assim, para os
motores onde a ventilação está vinculada ao funcionamento
do motor (por exemplo, motores totalmente fechados com
ventilador externo montado no próprio eixo do motor) a
potência equivalente é calculada pela fórmula:
(Pm)2 =
onde:
Pm =
ti =
tr =
Pi =
Σ (P2i . ti)
Σ (ti + 1 tr)
3
tempos em carga
tempos em repouso
cargas correspondentes
P12 . t1 + P32 . t3 + P52 . t5 + P62 . t6
t1 + t3 +t5 + t6 + 1 (t2 + t4 + t7)
3
Pm 2 = 1 ∑ P (t)2 Δt
T
t
t=0
Onde:
Pm
P(t)
T
= potência equivalente solicitada ao motor
= potência, variável com o tempo, solicitada ao motor
= duração total do ciclo (período)
O método é baseado na hipótese de que a carga
efetivamente aplicada ao motor acarretará a mesma
solicitação térmica que uma carga fictícia, equivalente, que
solicita continuamente a potência Pm. Baseia-se também
no fato de ser assumida uma variação das perdas com
Figura 7.20 - Funcionamento com carga variável e com repouso entre os
tempos de carga
Especificação do Motor Elétrico
43
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7.4 Fator de Serviço (FS)
Chama-se fator de serviço (FS) o fator que, aplicado à
potência nominal, indica a carga permissível que pode ser
aplicada continuamente ao motor, sob condições
especificadas. Note que se trata de uma capacidade de
sobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de potência que
dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o
funcionamento em condições desfavoráveis. O fator de
serviço não deve ser confundido com a capacidade de
sobrecarga momentânea, durante alguns minutos. O fator de
serviço FS = 1,0 significa que o motor não foi projetado para
funcionar continuamente acima de sua potência nominal.
Isto, entretanto, não muda a sua capacidade para
sobrecargas momentâneas. A IEC 60034-1 especifica os
fatores de serviço usuais por potência.
8. Características de Ambiente
Para analisar a viabilidade do uso de um motor em uma
determinada aplicação deve-se levar em consideração
alguns parâmetros entre os quais:
g Altitude em que o motor será instalado;
g Temperatura do meio refrigerante.
Conforme ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1, as condições
usuais de serviço, são:
a) Altitude não superior a 1.000 m acima do nível do mar;
b) Meio refrigerante (na maioria dos casos, o ar ambiente) com temperatura não superior a 40 ºC e isenta de
elementos prejudiciais.
Até estes valores de altitude e temperatura ambiente,
considera-se condições normais e o motor deve fornecer,
sem sobreaquecimento, sua potência nominal.
8.1 Altitude
Motores funcionando em altitudes acima de 1.000 m.
apresentam problemas de aquecimento causado pela
rarefação do ar e, consequentemente, diminuição do seu
poder de arrefecimento (esfriamento).
A insuficiente troca de calor entre o motor e o ar circundante,
leva à exigência de redução de perdas, o que significa,
também, redução de potência.
Os motores têm aquecimento diretamente proporcional
às perdas e estas variam, aproximadamente, numa razão
quadrática com a potência. Existem algumas alternativas de
aplicações a serem avaliadas:
a) A instalação de um motor em altitudes acima de
1
.000 metros pode ser feita usando-se material isolante de
classe superior.
b) Segundo as normas ABNT NBR 17094 e IEC 60034-1, a
redução necessária na temperatura ambiente deve ser de
1% dos limites de elevação de temperatura para cada 100
m de altitude acima de 1.000 m. Esta regra é válida para
altitudes até 4.000 m. Valores acima, consultar a WEG.
44
Especificação do Motor Elétrico
Exemplo:
Motor de 100 cv, isolamento F com ΔT 80 K , trabalhando
numa altitude de 1.500 m acima do nível do mar, a
temperatura ambiente de 40 °C será reduzida em 5%,
resultando em uma temperatura ambiente máxima estável de
36 °C. Evidentemente, a temperatura ambiente poderá ser
maior desde que a elevação da temperatura seja menor do
que a da classe térmica.
Tamb = 40 - 80 . 0,05 = 36 oC
8.2 Temperatura Ambiente
Motores que trabalham em temperaturas inferiores a -20 oC,
apresentam os seguintes problemas:
a) Excessiva condensação, exigindo drenagem adicional ou instalação de resistência de aquecimento, caso o motor
fique longos períodos parado.
b) Formação de gelo nos mancais, provocando
endurecimento das graxas ou lubrificantes nos mancais,
exigindo o emprego de lubrificantes especiais ou graxa
anticongelante (consulte nosso site).
Em motores que trabalham à temperaturas ambientes
constantemente superiores a 40 oC, o enrolamento pode
atingir temperaturas prejudiciais à isolação. Este fato tem que
ser compensado por um projeto especial do motor, usando
materiais isolantes especiais ou sobredimensionamento do
motor.
8.3 Determinação da Potência Útil do Motor nas
Diversas Condições de Temperatura e Altitude
Associando os efeitos da variação da temperatura e da
altitude, a capacidade de dissipação da potência do motor
pode ser obtida multiplicando-se a potência útil pelo fator de
multiplicação obtido na tabela 8.1.
T/H
1000
1500
2000
2500
3000
3500
10
1,16
1,13
1,11
1,08
1,04
1,01
4000
0,97
15
1,13
1,11
1,08
1,05
1,02
0,98
0,94
20
1,11
1,08
1,06
1,03
1,00
0,95
0,91
25
1,08
1,06
1,03
1,00
0,95
0,93
0,89
30
1,06
1,03
1,00
0,96
0,92
0,90
0,86
35
1,03
1,00
0,95
0,93
0,90
0,88
0,84
0,80
40
1,00
0,97
0,94
0,90
0,86
0,82
45
0,95
0,92
0,90
0,88
0,85
0,82
0,78
50
0,92
0,90
0,87
0,85
0,82
0,80
0,77
55
0,88
0,85
0,83
0,81
0,78
0,76
0,73
60
0,83
0,82
0,80
0,77
0,75
0,73
0,70
Tabela 8.1 Fator de multiplicação da potência útil em função da temperatura
ambiente (T) em “ºC” e de altitude (H) em “m”
Exemplo:
Um motor de 100 cv, isolamento F, para trabalhar num local
com altitude de 2.000 m e a temperatura ambiente é de 55 ºC.
Da tabela 8.1 - α = 0,83 logo P” = 0,83 , Pn
O motor poderá fornecer apenas 83% de sua potência
nominal.
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8.4 Atmosfera Ambiente
8.4.1 Ambientes Agressivos
Ambientes agressivos, tais como estaleiros, instalações
portuárias, indústria de pescados e múltiplas aplicações
navais, indústrias química e petroquímica, exigem que os
equipamentos que neles trabalham, sejam perfeitamente
adequados para suportar tais circunstâncias com elevada
confiabilidade, sem apresentar problemas de qualquer
espécie.
Para aplicação de motores nestes ambientes agressivos, a
WEG possui uma linha específica para cada tipo de motores,
projetados para atender os requisitos especiais e padronizados
para as condições mais severas que possam ser encontradas.
Tais motores podem possuir as seguintes características
especiais:
g enrolamento duplamente impregnado
g pintura anti-corrosiva alquídica (interna e externa)
g elementos de montagem zincados
g vedação
específica para a aplicação entre eixo e tampa
(pode ser Retentor, W3Seal, etc.)
g Proteção adicional entre as juntas de passagem.
Para ambientes com temperaturas entre -16 ºC e 40 ºC e
com umidade relativa ≤95%, recomenda-se utilizar pintura
interna anticorrosiva. Para ambientes entre 40 ºC e 65 ºC
também se recomenda utilizar pintura interna anticorrosiva, no
entanto, deve ser aplicado um valor de derating para 40 ºC.
Nota: com umidades superiores a 95% recomenda-se a pintura anti corrosiva
juntamente com a resistência de aquecimento.
No caso de motores navais, as características de
funcionamento específicas são determinadas pelo tipo
de carga acionada a bordo. Todos os motores porém,
apresentam as seguintes características especiais:
g elevação de temperatura reduzida para funcionamento em ambientes até 50 ºC
g capacidade de suportar, sem problemas, sobrecargas ocasionais de curta duração de até 60% acima do
conjugado nominal, conforme normas das Sociedades
Classificadoras.
No que diz respeito ao controle rígido para assegurar a
confiabilidade em serviço, os motores navais WEG se
enquadram nas exigências de construção, inspeção
e ensaios estabelecidos nas normas das Sociedades
Classificadoras, entre as quais:
g AMERICAN BUREAU OF SHIPPING
g BUREAU VERITAS
g CHINA CERTIFICATION SOCIETY
g DET NORSKE VERITAS
g GERMANISCHER LLOYD
g LLOYD’S REGISTER OS SHIPPING
g RINA S.p.A.
8.4.2 Ambientes Contendo Poeiras ou Fibras
Para analisar se os motores podem ou não trabalhar nestes
ambientes, devem ser informados tamanho e quantidade
aproximada das fibras contidas no ambiente. Esses dados
são fatores importantes, pois, uma grande quantidade de
poeira depositada sobre as aletas do motor pode funcionar
como um isolante térmico, e fibras de maior tamanho podem
provocar, no decorrer do tempo, a obstrução da ventilação
prejudicando o sistema de refrigeração. Quando o conteúdo
de fibras for elevado, devem ser empregados filtros de ar ou
efetuar limpeza nos motores.
Evitar que a ventilação do motor seja prejudicada
Nestes casos, existem duas soluções:
1) Utilizar motores sem ventilação;
2) Para motores com ventilação por dutos, calcula-se
o volume de ar deslocado pelo ventilador do motor,
determinando a circulação de ar necessária para perfeita
refrigeração do motor.
8.4.3 Ambientes Explosivos
Os motores à prova de explosão, não acendíveis, de
segurança aumentada, e à prova de poeria, destinam-se
a trabalhar em ambientes classificados como explosivos
por conterem gases, vapores, poeiras ou fibras inflamáveis
ou explosivas. O capítulo 9 (atmosferas explosivas) trata
especificamente o assunto.
8.5 Grau de Proteção
Os invólucros dos equipamentos elétricos, conforme as
características do local em que serão instalados e de sua
acessibilidade, devem oferecer um determinado grau de
proteção. Assim, por exemplo, um equipamento a ser
instalado num local sujeito a jatos d’água, deve possuir um
invólucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados
valores de pressão e ângulo de incidência, sem que haja
penetração de água.
8.5.1 Código de Identificação
A norma ABNT NBR-IEC 60034-5 define os graus de
proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras
características IP, seguidas por dois algarismos.
1º algarismo
Algarismo
Indicação
0
Maquina não protegida
1
Máquina protegida contra objetos sólidos maiores que 50 mm
2
Máquina protegida contra objetos sólidos maiores que 12 mm
3
Máquina protegida contra objetos sólidos maiores que 2,5 mm
4
Máquina protegida contra objetos sólidos maiores que 1 mm
5
Máquina protegida contra poeira
6
Máquina totalmente protegida contra poeira
Tabela 8.2 - 1º ALGARISMO: Indica o grau de proteção contra penetração de
corpos sólidos estranhos e contato acidental
2º algarismo
Algarismo
Indicação
0
Máquina não protegida
1
Máquina protegida contra gotejamento vertical
2
Máquina protegida contra gotejamento de água, com inclinação de até 15º
3
Máquina protegida contra aspersão de água
4
Máquina protegida contra projeções de água
5
Máquina protegida contra jatos de água
6
Máquina protegida contra jatos potentes
7
Máquina protegida contra os efeitos da imersão temporária
8
Máquina protegida contra os efeitos da imersão contínua
Tabela 8.3 - 2º ALGARISMO: Indica o grau de proteção contra penetração de
água no interior do motor
Especificação do Motor Elétrico
45
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As combinações entre os dois algarismos, isto é, entre os dois
critérios de proteção, estão resumidos na tabela 8.4. Note que, de
acordo com a norma, a qualificação do motor em cada grau, no
que se refere a cada um dos algarismos, é bem definida através
de ensaios padronizados e não sujeita a interpretações, como
acontecia anteriormente.
Grau de
proteção
Motor
IP00
Motores
abertos
1º algarismo
Proteção
contra contato
não tem
Proteção contra
corpos estranhos
2º algarismo
Proteção
contra água
não tem
não tem
IP02
não tem
não tem
pingos de água até
uma inclinação de
15º com a vertical
IP11
toque acidental
com a mão
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 50 mm
pingos de água na
vertical
IP12
toque acidental
com a mão
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 50 mm
pingos de água até
uma inclinação de
15º com a vertical
IP13
toque acidental
com a mão
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 50 mm
água de chuva até
uma inclinação de
60º com
a vertical
IP21
toque com os
dedos
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 12 mm
pingos de
água na
vertical
IP22
toque com os
dedos
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 12 mm
pingos de água até
uma inclinação
de 15º com
a vertical
IP23
toque com os
dedos
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 12 mm
água de chuva até
uma inclinação de
60º com a vertical
IP44
toque com
ferramentas
corpos estranhos
sólidos de
dimensões acima
de 1 mm
respingos de todas
as direções
IP54
proteção completa
contra toques
proteção contra
acúmulo de
poeiras nocivas
respingos de todas
as direções
IP55
proteção completa
contra toques
proteção contra
acúmulo de
poeiras nocivas
jatos de água em
todas as direções
IP66
proteção completa
contra toques
totalmente
protegido contra
acúmulo de
poeiras nocivas
protegido
contra água
de vargalhões
Motores
fechados
Tabela 8.4 - Graus de proteção
8.5.2 Tipos Usuais de Graus de Proteção
Embora alguns algarismos indicativos de grau de proteção
possam ser combinados de muitas maneiras, somente
alguns tipos de proteção são empregados nos casos
normais. São eles: IP21, IP22, IP23, IP44 e IP55.
Os três primeiros são motores abertos e os dois últimos são
motores fechados. Para aplicações especiais mais rigorosas,
são comuns também os graus de proteção IP55W
(proteção contra intempéries), IP56 (proteção contra “água de
vagalhões”), IP65 (totalmente protegido contra poeiras) e IP66
(totalmente protegido contra poeiras e água de vargalhões).
46
Especificação do Motor Elétrico
Vedação dos mancais
Para carcaças 225S/M a 355A/B está disponível como item
de série o sistema de vedação WSeal® , composto por um
anel V'Ring com duplo lábio e calota metálica montados sobre
este anel.
Entre os demais sistemas de vedação disponíveis para a linha
W22, está o revolucionário W3 Seal®, composto por três selos:
V'Ring, O'Ring e Labirinto. Sistema desenvolvido pela WEG,
contra acúmulo de impurezas sólidas e líquidas presentes no
ambiente, que garante aos motores o grau de proteção IP66.
Outros graus de proteção para motores são raramente
fabricados, mesmo porque, qualquer grau de proteção
atende plenamente aos requisitos dos inferiores (algarismos
menores). Assim, por exemplo, um motor IP55 substitui com
vantagens os motores IP12, IP22 ou IP23, apresentando maior
segurança contra exposição acidental à poeiras e água. Isto
permite padronização da produção em um único tipo que
atenda a todos os casos, com vantagem adicional para o
comprador nos casos de ambientes menos exigentes.
8.5.3 Motores a Prova de Intempéries
Conforme a norma ABNT NBR-IEC 60034-5, o motor será
a prova de intempéries quando de consequência de seu
projeto (discussão técnica entre cliente e WEG), as proteções
definidas proporcionem um correto funcionamento da
máquina, em condição de exposição à água (chuva), ventos
(poeiras) e neve.
A WEG utiliza a letra W junto à indicação do grau de
proteção do motor para indicar que o motor tem um plano
de pintura especial (à prova de intempéres). Os planos de
pintura poderão variar de acordo com a agressividade do
ambiente, o qual deverá ser informado pelo cliente durante
especificação/solicitação do produto.
Ambientes agressivos exigem que os equipamentos que
neles trabalham sejam perfeitamente adequados para
suportar tais circunstâncias com elevada confiabilidade, sem
apresentar problemas de qualquer espécie.
A WEG produz variada gama de motores elétricos com
características técnicas especiais, apropriadas à utilização
em estaleiros, instalações portuárias, indústria do pescado e
múltiplas aplicações navais, além das indústrias químicas e
petroquímicas e outros ambientes de condições agressivas.
Sendo assim adequados aos mais severos regimes de
trabalho.
8.6 Resistência de Aquecimento
As resistências de aquecimento são instaladas quando um
motor elétrico é instalado em ambientes muito úmidos,
(umidade > 95%) e/ou com possibilidade de ficar desligados
por longos períodos (acima de 24 h), impedindo o acúmulo de
água no interior do motor pela condensação do ar úmido.
As resistências de aquecimento, aquecem o interior do motor
alguns graus acima do ambiente (5 a 10 °C), quando o motor
está desligado. A tensão de alimentação das resistências de
aquecimento, deverá ser especificada pelo cliente, sendo
disponíveis em 110 V, 220 V e 440 V.
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Dependendo da carcaça, serão empregados os resistores de aquecimento, conforme tabela 8.5.
Carcaça
Quantidade
Potência (W)
63 a 80
1
7,5
90 a 100
1
11
112
2
11
132 a 160
2
15
180 a 200
2
19
225 a 250
2
28
280 a 315
2
70
355 a 315B
2
87
Tabela 8.5 - Resistência de aquecimento
ATENÇÃO: As resistências de aquecimento só deverão ser energizadas com o motor desligado, caso contrário o motor
poderá sofrer um sobreaquecimento, resultando em potenciais danos. Nos casos de manutenção no motor, o mesmo deverá
ser completamente desenergizado, incluindo as resistências de aquecimento.
8.7 Limites de Ruídos
Os motores WEG atendem as normas NEMA, IEC e NBR que especificam os limites máximos de nível de potência sonora, em
decibéis. Os valores da tabela 8.6, estão conforme IEC 60034-9.
Carcaça
2 polos
4 polos
6 polos
8 polos
Potência
Pressão
Potência
Pressão
Potência
Pressão
Potência
Pressão
90
83
71
69
57
66
54
66
54
100
87
75
73
61
67
55
67
55
112
88
76
75
63
73
61
73
61
132
90
78
78
66
76
64
74
62
160
92
79
80
67
76
63
75
62
180
93
80
83
70
80
67
79
66
200
95
82
86
73
83
70
82
69
225
97
84
87
74
83
70
82
69
250
97
83
88
74
85
71
83
69
280
99
85
91
77
88
74
85
71
315
103
88
97
82
92
77
91
76
355
105
90
98
83
97
82
95
80
Tabela 8.6 - Níveis máximos de potência e pressão sonora para motores trifásicos (IC411,IC511,IC611), a vazio, em dB (A), 60 Hz.
Nota 1: motores IC01,IC11,IC21 podem ter níveis de potência sonora maiores: 2 e 4 polos +7dB (A), - 6 e 8 polos +4dB (A)
Nota 2: o
s níveis de pressão e potência sonora para motores 2 e 4 polos com carcaça 355 são para ventiladores unidirecionais. Os demais são para ventiladores bi-direcionais.
Nota 3: valores para motores 50 Hz devem ser decrescidos : 2 polos -5dB (A) ; 4, 6 e 8 polos -3dB (A)
Na tabela 8.7 estão citados os incrementos a serem considerados nos valores de pressão e potência sonora, em dB (A), para
motores operando em carga.
Carcaça
2 polos
4 polos
6 polos
8 polos
90 a 160
2
5
7
8
180 a 200
2
4
6
7
225 a 280
2
3
6
7
315
2
3
5
6
355
2
2
4
5
Tabela 8.7 - Incremento máximo estimado para pressão e potência sonora, em dB (A)
Nota 1: esta tabela fornece o incremento máximo esperado para condição em carga nominal.
Nota 2: os valores são válidos para 50 Hz e 60 Hz.
Especificação do Motor Elétrico
47
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9. Atmosferas Explosivas
9.1 Áreas de Risco
Uma instalação onde produtos inflamáveis são
continuamente manuseados, processados ou armazenados,
necessita, obviamente, de cuidados especiais que garantam
a manutenção do patrimônio e preservem a vida humana.
Os equipamentos elétricos, por suas próprias características,
podem representar fontes de ignição, quer seja pelo
centelhamento normal, devido a abertura e fechamento
de contatos, quer seja por superaquecimento de algum
componente, seja ele intencional ou causado por correntes
de defeito.
9.2 Atmosfera Explosiva
Uma atmosfera é explosiva quando a proporção de gás,
vapor, poeira ou fibras é tal, que uma faísca proveniente
de um circuito elétrico ou o aquecimento de um aparelho
provoca a explosão. Para que se inicie uma explosão, três
elementos são necessários:
Combustível + oxigênio + faísca = explosão
9.3 Classificação das Áreas de Eisco
De acordo com as normas ABNT/IEC, as áreas de risco são
classificadas em:
Zona 0:
Região onde a ocorrência de mistura inflamável e/ou
explosiva é continua, ou existe por longos períodos. Por
exemplo, a região interna de um tanque de combustível. A
atmosfera explosiva está sempre presente.
Zona 1:
Região onde a probabilidade de ocorrência de mistura
inflamável e/ou explosiva está associada à operação normal
do equipamento e do processo. A atmosfera explosiva está
frequentemente presente.
Zona 2:
Locais onde a presença de mistura inflamável e/ou
explosiva não é provável de ocorrer, e se ocorrer, é por
poucos períodos. Está associada à operação anormal do
equipamento e do processo, perdas ou uso negligente. A
atmosfera explosiva pode acidentalmente estar presente.
De acordo com a norma NEC/API 500, as áreas de risco são
classificadas em divisões.
g Divisão 1 - Região onde se apresenta uma ALTA probabilidade de ocorrência de uma explosão.
g
Divisão 2 - Região de menor probabilidade
Ocorrência de mistura inflamável
Normas
IEC
NEC/API
contínua
em condição normal
em condição anormal
Zona 0
Zona 1
Zona 2
Divisão 1
Tabela 9.1 - Comparação entre ABNT/IEC e NEC/API
48
Especificação do Motor Elétrico
Divisão 2
O processo ou armazenagem de poeira nos espaços
confinados oferece risco potencial de explosão. Isso ocorre,
quando misturada com o ar em forma de nuvens ou quando
fica depositada sobre os equipamentos elétricos. Com
relação à presença de poeira combustível, conforme a norma
ABNT NBR IEC 61241-10, as áreas são classificadas em:
Zona 20:
Área na qual poeira combustível na forma de nuvem
misturada com o ar está continuamente presente durante
longos períodos.
Zona 21:
Área na qual poeira combustível na forma de nuvem
misturada com o ar poderá estar presente durante a
operação normal, ocorrendo ocasionalmente.
Zona 22
Área na qual poeira combustível na forma de nuvem é
improvável que aconteça durante a operação normal, e se
ocorrer será por curtos períodos.
Dentre os produtos que seus pós ou poeiras inflamáveis
criam atmosferas explosivas no interior de ambientes
confinados podemos citar o carvão, trigo, celulose, fibras e
plásticos em partículas finamente divididas dentre outros.
9.3.1 Classes e Grupos das Áreas de Risco
Classes - Referem-se a natureza da mistura. O conceito de
classes só é adotado pela norma NEC.
Grupos - O conceito de grupo esta associado a composição
química da mistura.
Classe I
Gases ou vapores explosivos. Conforme o tipo de gás ou
vapor, temos:
g GRUPO A - acetileno
g GRUPO B - hidrogênio, butadieno, óxido de eteno
g GRUPO C - éter etílico, etileno
g GRUPO D - gasolina, nafta, solventes em geral.
Classe II
Poeiras combustíveis ou condutoras. Conforme o tipo de
poeira, temos:
g GRUPO E
g GRUPO F
g GRUPO G
Classe III
Fibras e partículas leves e inflamáveis.
De acordo com a norma ABNT NBR IEC 60079-0, os grupos
de risco são divididos em:
g Grupo I - Para minas suscetíveis à liberação de grisu
(gás a base de metano).
g Grupo
II - Para aplicação em outros locais com gases
explosivos, sendo divididos em IIA, IIB e IIC.
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g
Grupo
III – Para aplicação em locais com atmosfera
explosiva de poeiras, sendo dividido em:
g III A – Fibras combustíveis
g III B – Poeiras não condutoras
g III C – Poeiras condutoras
Gases
Atmosfera explosiva
Gases ou vapores
Poeiras Combustíveis
Grupo
acetileno
Grupo
hidrogênio
Grupo
etano
Grupo
propano
IEC
II C
II C
II B
II A
NEC/API
Classe I Gr A
Classe I Gr B
Classe I Gr C
Classe I Gr D
Normas
ABNT / IEC
NEC
Zona 0 e Zona 1
Classe I Divisão 1
Zona 2
Classe I Divisão 2
Zona 20 e Zona 21
Classe II Divisão 1
Zona 22
Classe II Divisão 2
Tabela 9.4 - Classificação de áreas conforme IEC e NEC
Tabela 9.2 - Correspondência entre ABNT/IEC e NEC/API para gases
Poeiras e
fibras
Normas
Poeiras de alta
condutividade
Poeiras de leve
condutividade
Poeiras não
condutoras
Fibras
combustíveis
ABNT NBR IEC
III C
III C
III B
III A
NEC/API
Classe II Gr E
Classe II Gr F
Classe II Gr G
Classe III
Tabela 9.3 - correspondência entre normas NBR/IEC e NEC/API para poeiras
e fibras combustíveis
9.3.2 Tipo de Proteção do Invólucro
Símbolo do tipo
"d"
"e"
"i"
À prova de explosão
Representação
simplificada
Definição
Tipo de proteção em que as partes podem causar a ignição de uma atmosfera explosiva.
São confinadas em um invólucro capaz de suportar a pressão desenvolvida durante uma
explosão interna de uma mistura explosiva impedindo a transmissão da explosão para o meio
externo.
Medidas que são aplicadas, com o fim de evitar a possibilidade de temperatura excessiva e a
Segurança aumentada aparição de arcos ou faíscas no interior e sobre as partes externas do material elétrico
produzidas sob funcionamento normal.
Segurança intríseca
“ia”, “ib”, “ic”
Tipo de proteção, no qual nenhuma faísca nem qualquer efeito térmico, produzido nas
condições de teste prescritas pela norma (funcionamento normal e condições de falha), é
capaz de provocar a inflamação de um ambiente explosivo.
Tipo de proteção no qual as peças que podem inflamar um ambiente explosivo, por faíscas ou
por aquecimento, são encapsuladas numa resina suficientemente resistente às influências
ambientais, de tal maneira que o ambiente explosivo não pode ser inflamado.
"m"
Encapsulagem
“ma”, “mb”, “mc”
“n”
Tipo de proteção "n"
“nA”, “nC”, “nR”
“o”
Imersão em óleo
Tipo de proteção, onde o equipamento elétrico ou partes do equipamento elétrico, estejam
submersos por um líquido protetor de tal maneira que um atmosfera de gás explosiva que
possa estar acima do mesmo ou fora do invólucro não possa causar explosão.
“p”
Pressurizado
“px”, “py”, “pz”,
Tipo de proteção que protege contra o ingresso de uma atmosfera externa para dentro do
invólucro ou para dentro do ambiente, mantendo o gás protetor numa pressão acima da pressão
da atmosfera externa.
“q”
Preenchimento
com areia
Tipo de proteção no qual as partes capazes de incendiar uma atmosfera de gás explosivo são
fixas e completamente envoltas pelo material de preenchimento para prevenir a ignição da
atmosfera explosiva externa.
“t”
Tipo de proteção aplicado a material elétrico de modo que, em funcionamento normal e em
certas condições anormais especificas, não possa inflamar o ambiente explosivo. Há 3 categorias
de materiais: sem produção de faíscas (nA), produção de faíscas (nC), encapsulados de
respiração limitada (nR).
R
L
UR
R
U
U R
LC
L
C
CL
U
R
R
UR
U
UR
U
C
L
L
LC
C
LC
C
Tipo de proteção em que as partes que podem causar a ignição de uma atmosfera explosiva
Proteção por invólucro são confinados em um invólucro total ou parcialmente protegido contra o ingresso de poeiras e
que a temperatura máxima de superfície é limitado.
Tabela 9.5 - Tipo de proteção do invólucro
Especificação do Motor Elétrico
49
www.weg.net
9.4 Classes de Temperatura
A temperatura máxima na superfície interna e/ou externa
do equipamento elétrico deve ser sempre menor que a
temperatura de ignição do gás ou vapor. Os gases podem
ser classificados para as classes de temperatura de
acordo com sua temperatura de ignição, onde a máxima
temperatura de superfície da respectiva classe, deve ser
menor que a temperatura dos gases correspondentes.
IEC
NEC
Classes
de
temperatura
Temperatura
máxima de
superfície
Classes
de
temperatura
Temperatura
máxima de
superfície
Temperatura
de ignição
dos gases
e/ou
vapores
T1
T2
T3
T4
T5
T6
450
300
200
135
100
85
T1
T2
T3
T4
T5
T6
450
300
200
135
100
85
> 450
> 300
> 200
> 135
> 100
> 85
9.6 Equipamentos de Segurança Aumentada
É o equipamento elétrico que, sob condições de operação
não produz arcos, faíscas ou aquecimento suficiente para
causar ignição da atmosfera explosiva para o qual foi
projetado.
Tempo tE - tempo necessário para que um enrolamento de
corrente alternada, quando percorrido pela sua corrente de
partida, atinja a sua temperatura limite, partindo da
temperatura atingida em regime nominal, considerando a
temperatura ambiente ao seu máximo. Abaixo, mostramos
os gráficos que ilustram como devemos proceder a correta
determinação do tempo “tE” (figuras 9.1 e 9.2).
Tabela 9.6 - Classes de temperatura
9.5 Equipamentos para Áreas de Risco
Os quadros abaixo mostram a seleção dos equipamentos
para as áreas classificadas de acordo com a norma ABNT
NBR IEC 60079-14:
Zona
Zona 0
Zona 1
Zona 2
ABNT NBR IEC 60079-14
Proteção possível
Ex "iA"
Ex "mA"
Equipamentos especialmente aprovados para Zona 0
Equipamentos certificados para Zona 0
Ex "d"
Ex "de"
Ex "e"
Ex "px", Ex "py"
Ex "iB"
Ex "q"
Ex "o"
Ex "mB"
Equipamentos certificados para Zona 0 e Zona 1
Ex "pZ"
Ex "iC"
Ex "n"
Ex "mC"
Figura 9.1 - Diagrama esquemático explicando o método de determição do
tempo “tE”
A
B
C
1
2
-
temperatura ambiente máxima
temperatura em serviço nominal
temperatura limite
elevação da temperatura em serviço
elevação da temperatura com rotor bloqueado
Tabela 9.7 - Tipos de proteção para atmosferas explosivas com gases
inflamáveis.
De acordo com a norma NEC, a relação dos equipamentos
está mostrada no quadro abaixo:
DIVISÃO 1
g
g
g
g
DIVISÃO 2
g
g
Equipamentos com tipo de proteção:
à prova de explosão Ex"d"
presurização Ex"p"
imersão em óleo Ex"o"
segurança intrínseca Ex"i"
qualquer equipamento certificado para divisão 1
equipamentos incapazes de gerar faíscas ou superfícies quentes em invólucros de uso geral
Tabela 9.8
50
Especificação do Motor Elétrico
P
Figura 9.2 - Valor mínimo do tempo “tE” em função da relação da corrente de
partida IP / IN
www.weg.net
9.7 Equipamentos à Prova de Explosão
É um tipo de proteção em que as partes que podem inflamar
uma atmosfera explosiva, são confinadas em invólucros que
podem suportar a pressão durante uma explosão interna de
uma mistura explosiva e que previne a transmissão da
explosão para uma atmosfera explosiva.
Figura 9.3 - Princípio da proteção
O motor elétrico de indução (de qualquer proteção), não é
estanque, ou seja, troca ar com o meio externo. Quando em
funcionamento, o motor se aquece e o ar em seu interior fica
com uma pressão maior que a externa (o ar é expelido);
quando é desligada a alimentação, o motor se resfria e a
pressão interna diminui, permitindo a entrada de ar (que neste
caso está contaminado). A proteção não permitirá que uma
eventual explosão interna se propague ao ambiente externo.
Para a segurança do sistema, a WEG controla os valores dos
insterstícios (tolerâncias entre encaixes) e as condições de
acabamento das juntas, pois são responsáveis pelo volume de
gases trocados entre o interior e exterior do motor.
10. Características Construtivas
10.1 Dimensões
As dimensões dos motores elétricos WEG são padronizadas
de acordo com a ABNT NBR-15623 a qual acompanha a
International Electrotechnical Commission - IEC-60072.
Nestas normas a dimensão básica para a padronização das
dimensões de montagem de máquinas elétricas girantes é a
altura do plano da base ao centro da ponta do eixo,
denominado pela letra H (Ver figura 10.1 abaixo).
dimensão A, distância entre centros dos furos dos pés, no
sentido frontal, é única para valores de H até 315 mm, mas
pode assumir múltiplos valores a partir da carcaça H igual a
355 mm. Para os clientes que exigem carcaças
padronizadas pela norma NEMA, a tabela 10.1 faz a
comparação entre as dimensões H - A - B - C - K - D - E da
norma da ABNT/IEC e D, 2E, 2F, BA, H, U, N-W da norma
NEMA.
ABNT /
IEC
NEMA
H
D
A
2E
B
2F
C
BA
K
H
∅D
∅U
E
N-W
63
63
100
80
40
7
11j6
23
71
72
112
90
45
7
14j6
30
80
80
125
100
50
10
19j6
40
90 S
143 T
90
88,9
140
139,7
100
101,6
56
57,15
10
8,7
24j6
22,2
50
57,15
90 L
145 T
90
88,9
140
139,7
125
127
56
57,15
10
8,7
24j6
22,2
50
57,15
100L
100
160
140
63
12
28j6
60
112 S
182 T
112
114,3
190
190,5
140
114,3
70
70
12
10,3
28j6
28,6
60
69,9
112 M
184 T
112
114,3
190
190,5
140
139,7
70
70
12
10,3
28j6
28,6
60
69,9
132 S
213 T
132
133,4
216
216
140
139,7
89
89
12
10,3
38k6
34,9
80
85,7
132 M
215 T
132
133,4
216
216
178
177,8
89
89
12
10,3
38k6
34,9
80
85,7
160 M
254 T
160
158,8
254
254
210
209,6
108
108
15
13,5
42k6
41,3
110
101,6
160 L
256 T
160
158,8
254
254
254
254
108
108
15
13,5
42k6
41,3
110
101,6
180 M
284 T
180
180
279
279,4
241
241,3
121
121
15
13,5
48k6
47,6
110
117,5
180 L
286 T
180
177,8
279
279,4
279
279,4
121
121
15
13,5
48k6
47,6
110
117,5
200 M
324 T
200
203,2
318
317,5
267
266,7
133
133
19
16,7
55m6
54
110
133,4
200 L
326 T
200
203,2
318
317,5
305
304,8
133
133
19
16,7
55m6
54
110
133,4
225 S
364 T
225
228,6
356
355,6
286
285,8
149
149
19
19,0
60m6
60,3
140
149,2
250 S
404 T
250
254
406
406,4
311
311,2
168
168
24
20,6
65m6
73
140
184,2
250 M
405 T
250
254
406
406,4
349
349,2
168
168
24
20,6
65m6
73
140
184,2
280 S
444 T
280
279,4
457
457,2
368
368,4
190
190
24
20,6
65m6
73
140
184,2
280 M
445 T
280
279,4
457
457,2
419
419,1
190
190
24
20,6
75m6
85,7
140
215,9
315 S
504 Z
315
317,5
508
508
406
406,4
216
215,9
28
31,8
80m6
92,1
170
269,9
315 M
505 Z
315
317,5
508
508
457
457,2
216
215,9
28
31,8
80m6
92,1
170
269,9
355 M
355
610
560
254
28
100m6
210
586
368,3
584,2
558,8
254
30
98,4
295,3
355 L
355
610
630
254
28
100m6
210
355 L
355
610
630
254
28
100m6
210
587
368,3
584,2
635
254
30
98,4
295,3
Tabela 10.1 - Comparação de dimensões ABNT/IEC e NEMA
Figura 10.1
A cada altura da ponta de eixo H é associada uma dimensão
C, distância do centro do furo dos pés do lado da ponta do
eixo ao plano do encosto da ponta de eixo. A cada dimensão
H, contudo, podem ser associadas várias dimensões B
(distância entre centros dos furos dos pés), de forma que é
possível ter-se motores mais “longos” ou mais “curtos”. A
Especificação do Motor Elétrico
51
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10.2 Formas Construtivas Normalizadas
Entende-se por forma construtiva, como sendo o arranjo das partes construtivas das máquinas com relação à sua fixação, à
disposição de seus mancais e à ponta de eixo, que são padronizadas pela NBR-5031, IEC 60034-7, DIN-42955 e NEMA MG
1-4.03. A ABNT NBR IEC 15623 e a IEC 60072 determinam que a caixa de ligação de um motor deve ficar situada de modo
que a sua linha de centro se encontre num setor compreendido entre o topo do motor e 10 graus abaixo da linha de centro
horizontal deste, do lado direito, quando o motor for visto do lado do acionamento. As tabelas a seguir indicam as diversas
formas normalizadas.
Símbolo para
Figura
IEC 60034 Parte 7
Designação WEG
DIN 42950
Carcaça
Fixação ou montagem
Código I
Código II
B3
IM B3
IM 1001
com pés
B5
IM B5
IM 3001
sem pés
B3/B5
IM B35
IM 2001
com pés
montada sobre subestrutura pelos pés, com fixação suplementar pelo flange “FF”
B14
IM B14
IM 3601
sem pés
fixada pelo flange “C”
B3/B14
IM B34
IM 2101
com pés
montado sobre subestrutura
pelos pés, com fixação
suplementar pelo flange “C”
B6
IM B6
IM 1051
com pés
montado em parede, pés à esquerda
olhando-se do lado
do acionamento
B3D
montada sobre subestrutura (*)
B3E
B5D
fixada pelo flange “FF”
B5E
B35D
B35E
B14D
B14E
B34D
B34E
B6D
B6E
Tabela 10.2a - Formas construtivas normalizadas (montagem horizontal)
(*) Subestrutura: bases, placa de base, fundações, trilhos, pedestais, etc.
52
Especificação do Motor Elétrico
www.weg.net
Símbolo para
IEC 60034 Parte 7
Figura
Designação WEG
DIN 42950
Carcaça
Fixação ou montagem
Código I
Código II
B7
B7
IM 1061
com pés
Montado em paredepés à direita, olhando-se
do lado do acionamento
B8
IM B8
IM 1071
com pés
fixada no teto
B7D
B7E
B8D
B8E
Tabela 10.2b - Formas construtivas normalizadas (montagem horizontal)
Símbolo para
IEC 60034 Parte 7
Figura
(*)
(*)
(*)
Designação WEG
DIN 42950
V5
Carcaça
Fixação ou montagem
Código I
Código II
V5
IM V5
IM 1011
com pés
V6
V6
IM V6
IM 1031
com pés
montada em parede ou
sobre subestrutura
V1
V1
IM V1
IM 3011
sem pés
fixada pelo flange
“FF”, para baixo
V3
V3
IM V3
IM 3031
sem pés
fixada pelo flange
“FF”, para cima
V15
V1/V5
IM V15
IM 2011
com pés
montada em parede
com fixação suplementar
pelo flange “FF”, para baixo
V36
V3/V6
IM V36
IM 2031
com pés
fixada em parede
com fixação suplementar
pelo flange “FF”, para cima
V18
V18
IM V18
IM 3611
sem pés
fixada pelo
flange “C”, para baixo
V19
V19
IM V19
IM 3631
sem pés
fixada pelo
flange “C”, para cima
(*)
montada em parede ou
sobre subestrutura
Tabela 10.3 - Formas construtivas normalizadas (montagem vertical)
Nota: Recomendamos a utilização do chapéu protetor para motores que operem na vertical com ponta de eixo para baixo e que fiquem expostos ao tempo.
Recomendamos a utilização do chapéu de borracha na ponta de eixo (lado acoplado) na utilização de motores verticais com eixo para cima.
Especificação do Motor Elétrico
53
www.weg.net
10.3 Dimensões dos Flanges
Flange “FF”
Flange “FF”
Carcaça
Flange
63
FF-115
71
FF-130
80
90
100
112
132
160
LA
9
S
115
95
140
130
110
160
165
130
200
FF-215
11
215
180
250
FF-265
12
265
230
300
300
250
350
350
300
400
400
350
450
500
450
550
600
550
660
740
680
800
FF-350
225
FF-400
18
18
FF-500
280
P
10
200
250
N
FF-165
FF-300
180
M
315
FF-600
355
FF-740
22
10
12
T
Nº de
furos
3
3,5
15
4
19
5
19
5
24
α
45°
4
22°30’
8
6
Flange “C”
Flange “C”
Carcaça
Flange
63
LA
M
N
P
S
95,2
76,2
143
UNC 1/4”x20
T
α
Nº de
furos
8,5
71
FC-95
10
80
90
15
FC-149
100
112
12
4
149,2
114,3
165
UNC 3/8”x16
13,5
132
FC-184
160
9
184,2
215,9
FC-228
200
225
13,5
FC-279
250
FC-355
280
18,5
228,6
266,7
280
279,4
317,5
395
355,6
406,4
455
315
FC-368
355
33,5
368,3
4
8
225
19,5
180
45°
UNC 1/2”x13
6,3
UNC 5/8”x11
6,3
22°30’
T
α
419,1
“C-DIN” Flange
Flange “C-DIN”
Carcaça
Flange
LA
M
N
P
S
63
C-90
9,5
75
60
90
M5
71
C-105
8
85
70
105
80
C-120
10,5
100
80
120
90
C-140
12
115
95
140
100
112
132
54
C-160
13,5
130
110
160
C-200
15,5
165
130
200
Especificação do Motor Elétrico
Nº de
furos
2.5
M6
3
M8
3.5
M10
45°
4
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10.4 Pintura
O plano de pintura abaixo, apresenta as soluções que são adotadas para cada aplicação.
Equivalências dos Planos de Pintura WEG x ISO 12944
Planos de
pintura
(TBG 0122)
Classificação
da corrosividade
do ambiente
ISO 12944-2
Durabilidade estimada
(anos)
5
5 a 15
> 15
L
Espessura
total (µm)
ISO 12944
203A
C2
70-90
207N
C3
M
80-150
205E
C3
M
80-150
202P
C3
H
202E
C3
H
80-150
212P
C5 (I e M)
H
280-320
212E
C5 (I e M)
H
280-320
214P
C5 (I e M)
H
120-200
216P
C5 (I e M)
H
280-320
80-150
Exemplos considerando ambientes com
clima tipicamente temperado
Exterior
Interior
Atmosferas com baixo nível de
poluição. Na maioria, áreas rurais.
Ambientes frios onde podem
ocorrer condensação, ex:
depósitos, salas esportivas.
Atmosferas urbanas ou industriais,
poluição moderada com dióxido de
enxofre. Área litorânea com baixa
salinidade.
Salas de produção com alta
umidade e poluição no ar. Ex:
alimentos, lavanderias,
cervejarias, etc.
C5I: Área industrial com elevada
umidade e atmosfera agressiva.
C5I: Edifícios ou áreas que podem
ocorrer condensação e alta
poluição
C5M: Área litorânea e offshore
com elevada salinidade.
C5M: Edifícios ou áreas que
podem ocorrer condensação e alta
poluição.
Tabela 10.4 - Planos de pintura
Nota: os planos de pintura WEG atendem às normas Petrobras
11. Seleção e Aplicação dos Motores Trifásicos
Na engenharia de aplicação de motores é comum e, em
muitos casos prático, comparar as exigências da carga
com as características do motor. Existem muitas aplicações
que podem ser corretamente acionadas por mais de um
tipo de motor, e a seleção de um determinado tipo, nem
sempre exclui o uso de outros tipos.
Com o advento do computador, o cálculo pode ser
aprimorado, obtendo-se resultados precisos que resultam
em máquinas dimensionadas de maneira mais econômica.
10.4.1 Pintura Tropicalizada ou Tropicalização
Altos índices de umidade podem levar a um desgaste
prematuro do sistema de isolação, que é o principal
responsável pela vida útil do motor. Ambientes com até 95%
de umidade relativa não requerem proteções adicionais além
da resistência de aquecimento para evitar a condensação de
água no interior do motor. Entretanto, para ambientes com
níveis de umidade superiores a 95% aplica-se nas partes
internas do motor uma pintura epóxi conhecida como pintura
tropicalizada.
Os motores de indução WEG, de gaiola ou de anel, de baixa
e média tensão, encontram vasto campo de aplicação,
notoriamente nos setores de siderúrgica, mineração, papel
e celulose, saneamento, químico e petroquímico, cimento
entre outros, tornando-se cada vez mais importante a
seleção do tipo adequado para cada aplicação. A seleção
do tipo adequado de motor, com respeito ao conjugado,
fator de potência, rendimento e elevação de temperatura,
isolação, tensão e grau de proteção mecânica, somente
pode ser feita, após uma análise cuidadosa, considerando
parâmetros como:
g Custo inicial
g Capacidade da rede
g Necessidade da correção do fator de potência
g Conjugados requeridos
g Efeito da inércia da carga
g Necessidade ou não de regulação de velocidade
g Exposição da máquina em ambientes úmidos, poluídos e/ou
agressivos
Especificação do Motor Elétrico
55
www.weg.net
O motor assíncrono de gaiola é o mais empregado em
qualquer aplicação industrial, devido à sua construção robusta
e simples, além de ser a solução mais econômica, tanto em
termos de motores como de comando e proteção.
O meio mais adequado na atualidade para reduzir os gastos
de energia é usar motores WEG da linha IR3 Premium e IR4
Super Premium. Está comprovado, por testes, que estes
motores especiais têm até 30% a menos de perdas, o que
significa uma real economia. Estes motores são projetados e
construídos com a mais alta tecnologia, com o objetivo de
reduzir perdas e incrementar o rendimento. Isto proporciona
baixo consumo de energia e menor despesa. São os mais
adequados nas aplicações com variação de tensão. São
testados de acordo com as normas NBR 5383 e IEC 60034-1
e seus valores de rendimento certificados e estampados na
placa de identificação do motor. A técnica de ensaio é o
método B da IEEE STD 112. Os valores de rendimento são
obtidos através do método de separação de perdas de
acordo com as normas NBR 5383 e IEC 60034-1
Os motores IR3 Premium, são padronizados conforme as
normas IEC, mantendo a relação potência/carcaça, sendo
portanto, intercambiáveis com todos os motores normalizados
existentes no mercado.
Tipo
Motor de indução
de gaiola
Motor de indução
de anéis
Projeto
Rotor não enrolamento
Rotor enrolamento
Corrente de partida
Alta
Baixa
Conjugado de partida
Baixo
Alto
Corrente de partida /
corrente nominal
Alta
Baixa
> 160% do conjugado
nominal
> 160% do conjugado
nominal
Alto
Alto
Simples para partida direta
Relativamente simples
Conjugado máximo
Rendimento
Equipamento de partida
Equipamento de proteção
Espaço requerido
Manutenção
Custo
Simples
Simples
Pequeno
Reostato requer um
espaço grande
Pequena
Nos anéis e
escovas - frequente
Baixo
Alto
Tabela 11.1 - Comparação entre diferentes tipos de máquinas
Na seleção correta dos motores, é importante considerar as
características técnicas de aplicação e as características de
carga, meio ambiente e alimentação no que se refere a aspectos
mecânicos para calcular:
b) Conjugado de aceleração
Conjugado necessário para acelerar a carga à velocidade
nominal. O conjugado do motor deve ser sempre maior que o
conjugado de carga, em todos os pontos entre zero e a rotação
nominal. No ponto de interseção das duas curvas, o conjugado
de acelereção é nulo, ou seja, é atingido o ponto de equilíbrio a
partir do qual a velocidade permanece constante. Este ponto de
intersecção entre as duas curvas deve corresponder a
velocidade nominal.
a) Incorreto
Figua 11.1 - Seleção de motor considerando o conjugado resistente da carga
Onde: Cmáx =
Cp =
Cr =
ns =
n
=
conjugado máximo
conjugado de partida
conjugado resistente
rotação síncrona
rotação nominal
O conjugado de aceleração assume valores bastante diferentes
na fase de partida. O conjugado médio de acelereção (Ca)
obtém-se a partir da diferença entre o conjugado do motor e o
conjugado resistente da carga.
c) Conjugado nominal
Conjugado nominal necessário para mover a carga em
condições de funcionamento à velocidade específica.
O conjugado requerido para funcionamento normal de uma
máquina pode ser constante ou varia entre amplos limites.
Para conjugados variáveis, o conjugado máximo deve ser
suficiente para suportar picos momentâneos de carga. As
características de funcionamento de uma máquina, quanto ao
conjugado, podem dividir-se em três classes:
g
Conjugado constante
Nas máquinas deste tipo, o conjugado permanece constante durante a variação da velocidade e a potência aumenta proporcionalmente com a velocidade.
––––––––––– Conjugado requerido pela máquina
- - - - - - - - - Potência requerida pela máquina
a) Conjugado de partida
Conjugado requerido para vencer a inércia estática da máquina e
produzir movimento. Para que uma carga, partindo da velocidade
zero, atinja a sua velocidade nominal, é necessário que o
conjugado do motor seja sempre superior ao conjugado da
carga.
Figura 11.2
C = Conjugado resistente: constante
P = Potência: proporcional à velocidade (n)
56
Especificação do Motor Elétrico
b) Correto
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g
Conjugado variável
Encontram-se casos de conjugado variável nas bombas e nos ventiladores.
g
Figura 11.3
Potência constante
As aplicações de potência constante requerem uma
potência igual à nominal para qualquer velocidade.
Figura 11.4
C = Conjugado resistente: proporcional à velocidade ao quadrado (n2 )
C = Conjugado resistente: inversamente proporcional à velocidade
P = Potência constante
P = Potência: proporcional à velocidade ao cubo (n3)
11.1 Seleção do Tipo de Motor para Diferentes Cargas
Tipos de carga
Conjugado requerido
Partida
Entre 1 e 1,5 vezes o
conjugado nominal
Valores máximos
entre 220% e 250%
do nominal
Bombas centrífugas, ventiladores,
furadeiras, compressores,
retificadoras, trituradores.
Entre 2 e 3 vezes o
conjugado nominal
Não maior que 2
vezes o conjugado
nominal
Bombas alternativas, compressores,
carregadores, alimentadores,
laminadores de barras.
3 vezes o conjugado
nominal
Requer 2 a 3 vezes o
conjugado nominal.
São consideradas
perdas durante os
picos de carga.
Prensas puncionadoras, guindastes,
pontes rolantes, elevadores de
talha, tesouras mecânicas, bombas
de óleo para poços.
Algumas vezes
precisa-se somente
de parte do
conjugado nominal;
e outros, muitas
vezes o conjugado
nominal.
Ventiladores, máquinasferramentas.
Característica da carga
Máximo
1 ou 2 vezes o
conjugado nominal
em cada velocidade.
Condições de partidas fáceis, tais como: engrenagens
intermediárias, baixa inércia ou uso de acoplamentos
especiais, simplificam a partida.
g Máquinas centrífugas, tais como: bombas onde o
conjugado aumenta ao quadrado da velocidade até um
máximo, conseguido na velocidade nominal.
g Na velocidade nominal pode estar sujeita a pequenas
sobrecargas.
g
Conjugado de partida alto para vencer a elevada
inércia, contra pressão, atrito de parada, rigidez nos
processos de materiais ou condições mecânicas
similares.
g Durante a aceleração, o conjugado exigido cai para o
valor do conjugado nominal.
g É desaconselhável sujeitar o motor à sobrecargas,
durante a velocidade nominal.
g
Cargas intermitentes, as quais requerem conjugado de
partida, alto ou baixo.
g Requerem partidas frequentes, paradas e reversões.
g
Máquinas acionadas, tais como: prensas
puncionadoras, que podem usar volantes para suportar
os picos de potência.
g Pequena regulagem é conveniente para amenizar os
picos de potências e reduzir os esforços mecânicos no
equipamento acionado.
g A alimentação precisa ser protegida dos picos de
potências, resultantes das flutuações de carga.
g
Duas, três ou quatro velocidades fixas são suficientes.
Não é necessário o ajuste de velocidade.
g O conjugado de partida pode ser pequeno
(ventiladores) ou alto (transportadores).
g
A s características de funcionamento em várias
velocidades, podem variar entre potência constante,
conjugado constante ou de conjugado variável.
g Máquinas de cortar metal tem potência constante;
g Cargas de atrito são típicas de conjugado constante;
g Ventiladores são de conjugado variável.
g
g
Tipo de motor usado
g
Conjugado normal
g
Corrente de partida normal
g
Categoria N
g
Conjugado de partida alto
g
Corrente de partida normal
g
Categoria N
g
Conjugado de partida alto
g
Corrente de partida normal
g
Alto escorregamento
g
Categoria D
g
Conjugado normal ou alto
(velocidades múltiplas)
Tabela 11.2 - Características para diferentes cargas.
Especificação do Motor Elétrico
57
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11.2 Níveis de Rendimentos Exigidos no Brasil
11.2.1 O Programa de Eficiência Energética no País
O assunto eficiência energética começou a ser discutido nos
EUA após a crise energética na década de 70. No Brasil, o
governo começou a trabalhar no assunto após o famoso
apagão de 2001. Desde então foram criados mecanismos
para que todos os fabricantes de produtos eletro-eletrônicos
pudessem contribuir para a diminuição do consumo de
energia elétrica. O governo aprovou diversas leis que
obrigavam diversos fabricantes de máquinas e equipamentos
a projetarem produtos mais eficientes.
O rendimento está relacionado a essas perdas inerentes ao
funcionamento do próprio motor. Quanto maior o rendimento
do motor, menor são estas perdas. De maneira mais fácil,
quanto maior o rendimento do motor, menor será o gasto
com energia.
Os motores IR3 Premium e IR4 Super Premium foram
desenvolvidos para proporcionar um menor consumo de
energia elétrica da rede devido ao seu elevado rendimento.
Construtivamente estes motores possuem as seguintes
características:
g
A estrutura do consumo de energia elétrica no Brasil
apresenta-se da seguinte maneira(¹):
Industrial
43,2% (128,6 TWH)
Residencial
25,3% (75,9 TWH)
Comercial
15,8% (47,4 TWH)
Outros
15,7% (47,1 TWH)
TOTAL
100% (300 TWH)
Tabela 11.3 - Consumo de energia elétrica no Brasil.
A tabela acima mostra que o setor industrial é responsável
por quase metade de todo consumo de energia no
país, sendo os motores elétricos responsáveis por
aproximadamente 55%(¹). Isso significa que quase ¼ de toda
energia elétrica consumida no país provém do consumo de
motores elétricos industriais.
Níveis mínimos de rendimento
Em 2001 o governo estabeleceu através da Lei 10.295
os níveis mínimos de eficiência energética para máquinas
e equipamentos consumidores de energia. No caso
dos motores elétricos existiam duas referencias para
rendimentos: padrão e alto rendimento. Em 2005, o governo
aprovou a portaria 553 que estabelece a partir de 2010 uma
nova referencia de rendimento mínimo, bem parecido com
o alto rendimento. Dessa forma, fabricantes de máquinas e
consumidores finais são obrigados a adquirirem produtos
que atendam aos novos níveis de rendimento mínimos
estabelecidos.
11.2.2 Motores IR3 Premium e IR4 Super Premium WEG
Conforme mostrado no tópico 1.2.6, em todos os motores
elétricos, a potência elétrica absorvida é sempre maior que
a potência mecânica disponível na ponta de eixo, ou seja,
a potência consumida na rede elétrica é sempre maior que
a potência do motor. Essa diferença deve-se às diversas
perdas que o motor possui, pois se trata de um conversor
eletromecânico.
Chapas magnéticas de melhor qualidade;
Maior volume de material condutor, que reduze a
temperatura de operação;
Rotores tratados termicamente, reduzindo perdas
rotóricas;
Altos fatores de enchimento das ranhuras, que provêm
melhor dissipação do calor gerado;
Projeto das ranhuras do motor otimizado para incrementar
o rendimento.
g g
g
g
As linhas IR3 Premium e IR4 Super Premium seguem o
padrão, dos motores instalados, de potência/polaridade
e tamanho de carcaça*, facilitando a troca/reposição de
motores em operação.
* Alguns motores das linhas IR3 Premium e IR4 Super Premium podem
apresentar comprimentos maiores.
Porque usar motores IR3 Premium e IR4 Super Premium
Várias são as vantagens dos motores IR3 Premium e IR4
Super Premium, mas vamos destacar algumas delas:
a) Possui todas as vantagens da plataforma W22 + fator de
serviço de 1,25. Produto inovador com maior reserva de
potência para eventuais sobrecargas;
b) Vida útil prolongada. O projeto da plataforma W22 permite
trabalhar durante um período maior;
c) Possui o maior rendimento do mercado. Produto que
reduz consideravelmente a conta de energia;
d) Possui o menor custo operacional do mercado. As
características da plataforma W22 aliadas ao maior
rendimento reduzem os custos envolvendo manutenção e
energia elétrica;
e) Produto sustentável. Por consumir menos energia ele
ajuda a diminuir o impacto ambiental.
LEI DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA REFERENTE AOS RENDIMENTOS MÍNIMOS DE MOTORES ELÉTRICOS
W22 IR2 - Rendimento atende ao estabelecido na Portaria Interministerial nº 553.
W22 IR3 Premium - Motor de indução que supera a Portaria Interministerial nº 553.
W22 IR4 Super Premium - Motor de indução de altíssima eficiência - maior rendimento encontrado no mercado.
Supera em dois níveis a Portaria Interministerial nº 553.
"Dispõe sobre a regulamentação específica que define os níveis mínimos de eficiência energética de motores elétricos trifásicos de
indução, rotor de gaiola de esquilo, de fabricação nacional ou importados, para comercialização ou uso no Brasil."
Neste decreto, estão definidos os critérios de rendimento não só para os motores, mas também para as máquinas e
equipamentos importados que tem algum motor elétrico acoplado.
O decreto na íntegra encontra-se no site: www.weg.net/green
58
Especificação do Motor Elétrico
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11.2.3 W22 Magnet Drive System®
O W22 Magnet Drive System® é um conjunto composto por
um motor de corrente alternada, trifásico, síncrono com rotor
de ímãs permanentes e por um inversor de frequência*.
Os motores W22 Magnet estão disponíveis nas versões
IR4 Super Premium e IR5 Ultra Premium, os maiores
níveis de rendimentos da atualidade. A utilização de imãs
permanentes elimina as perdas Joule no rotor obtendo assim
níveis de rendimento mais elevados,. Com a eliminação
dessas perdas, o motor trabalha com temperatura reduzida
proporcionando assim a redução do tamanho da carcaça e
aumento da vida útil do motor.
A utilização do inversor de frequência possibilita controle
contínuo da velocidade do motor. Fornece torque constante
em toda a sua faixa de rotação, inclusive em 0 rpm, sem a
necessidade de ventilação forçada em baixas frequências.
Devido à forma construtiva do rotor, à tecnologia do
processo de balanceamento utilizado e à redução de
carcaça, os motores W22 Magnet apresentam baixos níveis
de vibração e ruído quando comparados com motores de
indução da mesma potência.
No entanto, as principais normas internacionais que
abordam o assunto são:
IEC: 60034-17 - Rotating Electrical Machines - Part 17:
Cage induction motors when fed from converters application guide
g IEC 60034-25 - Rotating Electrical Machines - Part 25:
Guide for the design and performance of cage induction
motors specifically designed for converter supply
g NEMA MG1 - Part 30: Application considerations for
constant speed motors used on a sinusoidal bus with
harmonic content and general purpose motors usrd with
adjustable-voltage or adjustable-frequency controls or both
g NEMS MG1 - Part 31: Definite purpose inverter-fed
polyphase motor
g 11.3.2 Variação da Velocidade do Motor por Meio de
Inversores de Frequência
A relação entre a rotação, a frequência de alimentação, o
número de polos e o escorregamento de um motor de
indução obedece à seguinte equação:
120 . f1 . (1 - s)
n = -------------------------p
Figura 11.5
*Os motores W22 Magnet são acionados somente através de uma linha
de inversores de frequência CFW-11, desenvolvida com software
especifico para esta função.
11.3 Aplicação de Motores de Indução Alimentados
por Inversores de Frequência
O acionamento de motores elétricos de indução por meio de
inversores de frequência (denominados também conversores
estáticos de frequência) é uma solução amplamente utilizada
na indústria, e que se constitui atualmente no método mais
eficiente para o controle de velocidade dos motores de
indução. Tais aplicações fornecem uma série de benefícios,
comparadas a outros métodos de variação de velocidade.
Estas, porém, dependem de um dimensionamento
adequado para que possam ser efetivamente vantajosas na
comparação entre eficiência energética e custos. Dentre os
muitos benefícios estão a redução de custos, o controle à
distância, a versatilidade, o aumento de qualidade, de
produtividade e a melhor utilização da energia.
11.3.1 Aspectos Normativos
Com o grande avanço verificado nas aplicações de motores
elétricos com inversores de frequência torna-se cada vez
maior a necessidade de se elaborar e adotar normas que
padronizem os procedimentos de avaliação desses
acionamentos. Ainda não existe uma norma nacional que
estabeleça critérios para o uso de conversores eletrônicos
no acionamento de máquinas CA.
onde:
n
f
p
s
=
=
=
=
rotação [rpm]
frequência da rede [Hz]
número de polos
escorregamento
A análise da fórmula mostra que a melhor maneira de se
variar a velocidade de um motor de indução é por meio da
variação da frequência de alimentação. Os inversores de
frequência transformam a tensão da rede, de amplitude e
frequência constantes, em uma tensão de amplitude e
frequência variáveis. Variando-se a frequência da tensão de
alimentação, varia-se também a velocidade do campo
girante e consequentemente a velocidade mecânica do
motor. Dessa forma, o inversor atua como uma fonte de
frequência variável para o motor. Pela teoria do motor de
indução, o torque eletromagnético desenvolvido obedece à
seguinte equação:
T = K1 . Φm . I2
E, desprezando-se a queda de tensão na impedância do
enrolamento estatórico, o seu fluxo magnetizante vale:
Φm = K2 .
onde: T Φm I2 V1 V1
f1
: torque ou conjugado disponível na ponta de eixo (N.m)
: fluxo de magnetização (Wb)
: corrente rotórica (A) (depende da carga)
: tensão estatórica (V)
k1 e k2: constantes (dependem do material e do projeto)
Especificação do Motor Elétrico
59
www.weg.net
No entanto, para que o motor possa trabalhar em uma faixa
de velocidades, não basta variar a frequência de
alimentação. Deve-se variar também a amplitude da tensão
de alimentação, de maneira proporcional à variação de
frequência. Assim, o fluxo e, por conseguinte, o torque
eletromagnético do motor, permanecem constantes,
enquanto o escorregamento é mantido. Dessa forma,
basicamente a variação da relação V/f é linear até a
frequência base (nominal) de operação do motor. Acima
dessa, a tensão, que é igual à nominal do motor, permanece
constante e há apenas a variação da frequência estatórica.
Potência
Pb
fb
Tensão
Figura 11.8
Vb
fb
Figura 11.6
Assim, acima da frequência base de operação caracteriza-se
a região de enfraquecimento de campo, na qual o fluxo
diminui, provocando redução de torque. O torque fornecido
pelo motor, portanto, é constante até a frequência base de
operação, decrescendo gradativamente nas frequências de
operação acima desta.
11.3.3 Características dos Inversores de Frequência
A obtenção da tensão e frequência desejadas por meio dos
inversores frequência passa basicamente por três estágios:
g Ponte de diodos - Retificação (transformação CA – CC) da tensão proveniente da rede de alimentação;
g Filtro ou Link CC - Alisamento/regulação da tensão
retificada com armazenamento de energia por meio de um
banco de capacitores;
g Transistores IGBT - Inversão (transformação CC – CA) da
tensão do link CC por meio de técnicas de modulação por
largura de pulso (PWM). Este tipo de modulação permite a
variação da tensão/frequência de saída pela ação de
transistores (chaves eletrônicas), sem afetar a tensão do
link CC.
Conversor Indireto de Frequencia
VPWM
cc
Vrede
ca
ca
Retificador
Filtro
Inversor
Motor
3Φ
Imotor
VDC ~= 1,35 Vrede ou 1,41 Vrede
Tb
Entrada
50 / 60 Hz ( 1 Φ ou 3 Φ)
Saída
Tensão e frequencia variáveis
Figura 11.9
11.3.3.1 Modos de Controle
Basicamente existem dois tipos de controle dos inversores
eletrônicos: o escalar e o vetorial.
fb
Figura 11.7
Como a potência é o resultado do produto do torque pela
rotação, a potência útil do motor cresce linearmente até a
frequência base e permanece constante acima desta.
60
Especificação do Motor Elétrico
O controle escalar baseia-se no conceito original do inversor
de frequência: impõe no motor uma determinada relação
tensão/frequência, visando manter o fluxo magnético do
motor aproximadamente constante. Aplicável quando não há
necessidade de respostas rápidas a comandos de torque e
velocidade, esse modo de controle é particularmente
interessante quando há conexão de múltiplos motores a um
único inversor. O controle é realizado em malha aberta e a
precisão da velocidade é função do escorregamento do
motor, o qual varia com a carga. Para melhorar o
desempenho do motor nas baixas velocidades, alguns
inversores possuem funções especiais como a
compensação de escorregamento (que atenua a variação da
velocidade em função da carga) e o boost de tensão
www.weg.net
(aumento da relação V/f para compensar o efeito da queda
de tensão na resistência estatórica e manter a capacidade
de torque do motor) em baixas rotações. Esse controle é o
mais utilizado devido à sua simplicidade e devido ao fato de
que a grande maioria das aplicações não requer alta
precisão e/ou rapidez no controle da velocidade.
O controle vetorial possibilita atingir um elevado grau de
precisão e rapidez no controle do torque e da velocidade do
motor. O controle decompõe a corrente do motor em dois
vetores: um que produz o fluxo magnetizante e outro que
produz torque, regulando separadamente o torque e o fluxo.
O controle vetorial pode ser realizado em malha aberta
(“sensorless”) ou em malha fechada (com realimentação).
g Com sensor de velocidade – requer a instalação de um
sensor de velocidade (por exemplo, um encoder
incremental) no motor. Esse tipo de controle permite a maior
precisão possível no controle da velocidade e do torque,
inclusive em rotação zero.
g Sensorless – tem a vantagem de ser mais simples do que o
controle com sensor, porém, apresenta limitações de torque
principalmente em baixíssimas rotações. Em velocidades
maiores é praticamente tão bom quanto o controle vetorial com
realimentação.
11.3.3.2 Harmônicas
O sistema (motor + inversor) é visto pela fonte de alimentação
como uma carga não linear, cuja corrente possui
harmônicas. De forma geral, considera-se que o retificador
produz harmônicas características de ordem h = np±1 no
lado CA, assim, no caso da ponte retificadora com 6 diodos
(6 pulsos), as principais harmônicas geradas são a a 5a e a
7a, cujas amplitudes podem variar de 10% a 40% da
fundamental dependendo da impedância de rede. Já para
retificadores de 12 pulsos (12 diodos) as harmônicas mais
expressivas são a 11ª e a 13ª. As harmônicas superiores
geralmente possuem menor amplitude e são mais fáceis de
filtrar. A maioria dos inversores de baixa tensão comerciais,
entretanto, são de 6 pulsos.
Forma de onda típica de tensão na
entrada de um inversor PWM de 6
pulsos (frequência da rede 50 Hz
ou 60 Hz)
Forma de onda típica de corrente
na entrada de um inversor PWM de
6 pulsos
Figura 11.10
11.3.4 Influência do Inversor no Desempenho do Motor
O motor de indução acionado por inversor PWM está sujeito
a harmônicas que podem acarretar aumento de perdas e
temperatura, assim como dos níveis de vibração e ruído, em
comparação com a condição de alimentação senoidal. A
influência do inversor sobre o motor depende de uma série
de fatores relacionados com o controle, tais como a
frequência de chaveamento, a largura efetiva, e o número de
pulsos dentre outros.
Forma de onda típica de corrente
nos terminais do motor alimentado
com tensão PWM
O parâmetro que quantifica o distúrbio causado pelas
harmônicas na rede de alimentação é o THD (Distorção
Harmônica Total), o qual é geralmente fornecido pelo
fabricante do inversor e definido como:
√ ∑ ( AA (
∞
THD =
2
h
h=2
Típica forma de onda de tensão
PWM na saída do inversor
Figura 11.11
1
onde: Ah : valores eficazes das componentes harmônicas
A1 : valor eficaz da componente fundamental
h : ordem da harmônica
A norma IEEE Std.512 recomenda valores máximos para as
harmônicas de corrente geradas por um equipamento
elétrico. A maioria dos fabricantes de inversores atuais toma
precauções no projeto dos seus equipamentos para
garantirem que os limites de THD estabelecidos por essa
norma sejam respeitados.
Basicamente, para reduzir as harmônicas geradas por um
inversor de frequência PWM, existem as seguintes soluções:
instalação de filtros de saída (reatâncias de carga, filtros dV/dt,
filtros senoidais, etc.), utilização de inversor com maior número de
níveis (topologias mais sofisticadas), melhoria na qualidade da
modulação PWM (aprimoramento do padrão de pulsos) e
aumento da frequência de chaveamento.
Além disso, quando da alimentação do motor por inversor,
podem aparecer outros efeitos, que não se devem
especificamente às harmônicas, mas que são também
relevantes e não devem ser desprezados, tais como o stress do
sistema de isolamento e a circulação de corrente pelos mancais.
Especificação do Motor Elétrico
61
www.weg.net
Considerações em relação ao rendimento
A falta de uma norma que especifique o procedimento de ensaio
para avaliação do rendimento do sistema (inversor + motor)
permite que o ensaio seja realizado de diferentes maneiras.
Portanto, os resultados obtidos não devem influenciar na
aceitação ou não do motor, exceto mediante acordo entre
fabricante e comprador, conforme colocam as normas
internacionais. A experiência mostra, porém, que de maneira
geral as seguintes observações são válidas:
g O motor de indução, quando alimentado por um inversor de
frequência PWM, tem seu rendimento diminuído, em relação a
um motor alimentado por tensão puramente senoidal, devido
ao aumento nas perdas ocasionado pelas harmônicas.
g Em aplicações de motores com inversores deve ser avaliado o
rendimento do sistema (inversor + motor) e não apenas do
motor.
g Devem ser consideradas as características do inversor e do
motor, tais como: frequência de operação, frequência de
chaveamento, condição de carga e potência do motor, taxa de
distorção harmônica do sinal fornecido pelo inversor, etc.
g Instrumentos especiais, capazes de medir o valor eficaz
verdadeiro (true RMS) das grandezas elétricas, devem ser
utilizados.
g O aumento da frequência de chaveamento tende a diminuir o
rendimento do inversor e aumentar o rendimento do motor.
A incorporação da solução obtida nos inversores CFW09 e
CFW11 permite que haja uma contínua minimização das perdas
do motor ao longo de toda a faixa de operação, a qual é realizada
automaticamente pelo inversor.
Importante!
Essa solução não deve ser utilizada com cargas de torque
variável ou acima da frequência base e só é possível quando:
g Os motors das linhas IR3 Premium e IR4 Super Premium
(atendem ao nível IE3 ou acima)
g O motor é alimentado por inversor de frequência WEG
(CFW11 ou CFW09 versão 2.40 ou acima);
g É utilizado controle vetorial sensorless.
0.45
0.40
1.7 1.8 1.9 2.0 2.1
Influência do inversor na elevação de temperatura do
motor
O motor de indução pode apresentar uma elevação de
temperatura maior, quando alimentado por inversor, do que
quando alimentado com tensão senoidal. Essa sobrelevação de
temperatura é decorrente do aumento das perdas do motor, em
função das componentes harmônicas do sinal PWM, aliada à
redução da ventilação quando da operação do motor
autoventilado em baixas frequências. Basicamente existem as
seguintes soluções para evitar o sobreaquecimento do motor:
g Redução do torque nominal (sobredimensionamento do
motor);
g Utilização de sistema de ventilação independente;
g Utilização do “fluxo ótimo” (solução exclusiva WEG).
Critérios de redução de torque (derating)
Para manter a temperatura dos motores de indução WEG dentro
de níveis aceitáveis, quando alimentados por inversor de
frequência, devem ser obedecidos os limites de carga
apresentados nas figuras 11.13 e 11.14.
Nota: motores para áreas classificadas devem ser avaliados caso a caso e a
WEG deve ser consultada.
Fluxo Ótimo
A solução fluxo ótimo foi desenvolvida com o objetivo de tornar
os motores WEG aptos a operarem em baixas velocidades com
torque constante, mantendo sua temperatura dentro dos limites
da classe térmica, sem a necessidade de ventilação forçada ou
sobredimensionamento da carcaça.
O estudo da composição das perdas nos motores elétricos e da
sua relação com a frequência, o fluxo, a corrente e a variação de
velocidade permitiu a determinação de um valor ótimo de fluxo
para cada rotação.
62
Especificação do Motor Elétrico
Figura 11.12 - Condição de fluxo constante
Fluxo ótimo
V/f ótimo
Figura 11.13 - Condição de fluxo ótimo
Os inversores de frequência modernos utilizam transistores de
potência (normalmente IGBTs), cujos chaveamentos ocorrem
em velocidades muito elevadas, em frequências da ordem de
kHz. Para atingirem tais chaveamentos, os transistores
possuem tempos de início de condução e bloqueio muito
rápidos, que resultam em pulsos de tensão com elevado dV/dt
(taxa de variação da tensão no tempo). Quando esses
inversores são utilizados em conjunto com um motor de
indução, os pulsos, em combinação com as impedâncias do
cabo e do motor, podem gerar nos terminais do motor
sobretensões (overshoots) repetitivas, que reduzem a vida
útil do sistema isolante. Os overshoots afetam especialmente
o isolamento entre espiras de enrolamentos randômicos e
seu valor é determinado, basicamente, pelos seguintes
fatores: tempo de subida (rise time) do pulso de tensão,
comprimento do cabo, mínimo tempo entre pulsos,
frequência de chaveamento e o uso de múltiplos motores.
www.weg.net
Critérios de isolamento
Na utilização de motores de indução trifásicos de baixa
tensão WEG com inversores devem ser obedecidos os
critérios definidos a seguir. Se alguma das condições
apresentadas na tabela não for satisfeita, deve ser instalado
filtro entre o inversor e o motor.
Nota: motores para áreas classificadas devem ser avaliados caso a caso e a
WEG deve ser consultada.
Tensão nominal do
motor
Tensão de pico nos
terminais do motor
(fase-fase)
dV/dt* nos
terminais do
motor
(fase-fase)
V NOM <460 V
< 1600 V
< 5200 V/µs
460 V < V NOM < 575 V
< 1800 V
< 6500 V/µs
575 V < V NOM < 690 V
< 2200 V
< 7800 V/µs
Rise
Time*
Tempo
mínimo
entre
pulsos
> 0,1 µs
> 6 µs
O potencial do rotor pode então aumentar com relação à
terra até atingir um nível capaz de romper o filme de graxa,
quando ocorre faiscamento e a corrente de descarga flui
através dos rolamentos. Essa corrente tem natureza aleatória
e é denominada “componente de descarga capacitiva”.
Essas descargas dão origem a pequenos furos, que
começam a se sobrepor e, caso haja correntes de descarga
por longo tempo, sulcos (crateras) serão formados.
A erosão acarreta redução da vida útil dos rolamentos e
pode provocar falha da máquina. A outra componente de
corrente, que circula permanentemente pela espira
característica formada por eixo, mancais e carcaça, é
denominada “componente de condução”.
Tabela 11.4
Enrolamento
Estatórico
* Definição conforme a norma NEMA MG1- Part 30
O fenômeno da tensão/corrente induzida no eixo provém
fundamentalmente de desequilíbrios existentes no circuito
magnético dos motores. Causas usuais desse problema,
que acomete principalmente máquinas grandes, são
excentricidades e outras imperfeições decorrentes do
processo de fabricação. Com o advento dos inversores
PWM, porém, o problema foi agravado, passando a ocorrer
também em máquinas de potências menores, pois os
motores passaram a ser alimentados por formas de ondas
desequilibradas e que possuem componentes de alta
frequência. Assim, as causas de tensão induzida no eixo
devido aos inversores de frequência somam-se àquelas
intrínsecas ao motor e que também provocam a circulação
de corrente pelos mancais.
A maior causa de correntes pelos mancais, quando o motor
é acionado por um inversor PWM, é devido às tensões de
modo comum. A alta frequência da tensão modo comum
produzida pelo inversor faz com que as reatâncias
capacitivas dentro do motor fiquem baixas, permitindo que a
corrente atravesse o acoplamento formado pelo rotor, eixo e
mancal em direção à terra.
Cec
Cer
Crc
Entreferro
Figura 11.14 - Corrente de descarga capacitiva.
ICM
Enrolamento
Estatórico
Ier
Rotor
Ic
Cer
Tensão modo
comum
Cec
Crc
Cmd
Cmt
Mancais
Tensão modo comum e circuito equivalente do motor
para as altas frequências
Diferentemente da tensão trifásica senoidal, a tensão trifásica
PWM não é equilibrada, ou seja, a soma vetorial instantânea
das tensões nas três fases na saída de um inversor de
frequência não é igual a zero, mas igual a um potencial
elétrico de alta frequência. Correntes de modo comum
podem resultar dessa tensão modo comum de alta
frequência e, havendo capacitâncias do motor para a terra, a
corrente tenderá a fluir para a terra, atravessando rotor, eixo
e mancal para a tampa aterrada.
Os caminhos percorridos pelas correntes de modo comum
podem ser observados no modelo do circuito equivalente do
motor para altas frequências, no qual os mancais são
representados por capacitâncias. Em altas velocidades não
há contato entre o rotor e a pista externa do rolamento
(aterrada), devido à distribuição plana do filme de graxa.
ICM
Carcaça/Terra
Figura 11.16 - Capacitância do motor.
Circuito equivalente para alta frequência onde:
Cer : capacitor formado entre o enrolamento estatórico e as chapas do r otor
Crc : capacitor formado entre as chapas do rotor e do estator
Cec : capacitor formado entre enrolamento estatórico e carcaça
Cmd/mt : c
apacitância do mancal dianteiro/traseiro, formada entre a pista de
rolagem do anel interno/externo e as esferas metálicas
ICM : corrente total de modo comum
Ier : corrente de descarga capacitiva do estator para o rotor
Ic : corrente de descarga capacitiva pelos mancais.
Especificação do Motor Elétrico
63
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Critérios de proteção dos mancais
Quando há utilização de motores de indução trifásicos de
baixa tensão WEG com inversores de frequência, devem ser
obedecidos os critérios para a proteção dos mancais
apresentados a seguir:
Nota: motores para áreas classificadas devem ser avaliados caso a caso –
consultar a WEG.
LINHA W22
Tamanho da Carcaça (IEC)
Padrão
Opcional
g
g
225 ≤ mod < 315
g
g
g
315 e 355
Sem proteção
Mancal traseiro isolado
Sistema de aterramento
de escovas entre a
carcaça e o eixo no lado
acionado
g
g
Mancal traseiro isolado
Mancal dianteiro isolado
Sistema de aterramento
de escovas entre a
carcaça e o eixo no lado
não acionado
Ambos os mancais
isolados
Tabela 11.5 - Proteção dos mancais.
Os motores de indução possuem basicamente três fontes de
ruído: o sistema de ventilação, os rolamentos e a interação
entre ondas eletromagnéticas. Quando os rolamentos estão
em bom estado, porém, o ruído gerado por eles é
praticamente desprezível, comparado com o ruído gerado
pelas outras fontes.
Motores alimentados com tensão senoidal, principalmente
aqueles de polaridades mais baixas (rotações mais
elevadas), têm no sistema de ventilação a sua principal fonte
de ruído. Já nos motores de polaridades maiores e rotações
menores frequentemente predomina o ruído de origem
eletromagnética.
Por outro lado, em acionamentos de velocidade variável especialmente nas baixas frequências de operação, nas
quais o ruído devido à ventilação diminui - o ruído
eletromagnético pode ser a maior fonte de ruído para
motores de quaisquer polaridades, devido ao conteúdo
harmônico da tensão.
Critérios de ruído
Resultados de ensaios laboratoriais (medições de 4 pontos
efetuadas em câmara acústica semi-anecóica com o inversor
colocado fora da câmara) realizados com vários motores e
inversores WEG utilizando diversas frequências de
chaveamento têm mostrado que os motores de indução
trifásicos WEG, quando alimentados por inversores de
frequência PWM e operando na frequência nominal
(tipicamente 50 ou 60 Hz), apresentam no máximo 11 dB(A)
de acréscimo no seu nível de pressão sonora global.
Notas:
g O aumento da frequência de chaveamento tende a reduzir o ruído de origem eletromagnética produzido pelo motor.
g Os critérios de ruído acima valem apenas para motores de carcaças ≤ 355
LEIA MAIS!!
Informações mais detalhadas sobre aplicações de motores de
indução alimentados por inversores de freqüência podem ser
encontradas no Guia Técnico - Motores de Indução
Alimentados por Inversores de Frequência PWM, disponível
para download em www.weg.net.
64
Especificação do Motor Elétrico
12. Informações Ambientais
12.1 Embalagem
Os motores elétricos são fornecidos em embalagens de
papelão, plástico ou madeira. Estes materiais são recicláveis
ou reutilizáveis. Toda a madeira utilizada nas embalagens dos
motores WEG provém de reflorestamento .
12.2 Produto
Os motores elétricos, sob aspecto construtivo, são
fabricados essencialmente com metais ferrosos (aço, ferro
fundido), metais não ferrosos (cobre, alumínio) e plástico.
O motor elétrico, de maneira geral, é um produto que possui
vida útil longa, porém quando de seu descarte, a WEG
recomenda que os materiais da embalagem e do produto sejam
devidamente separados e encaminhados para reciclagem.
Os materiais não recicláveis deverão, como determina a
legislação ambiental, ser dispostos de forma adequada,
ou seja, em aterros industriais, co-processados em fornos
de cimento ou incinerados. Os prestadores de serviços de
reciclagem, disposição em aterro industrial,
co-processamento ou incineração de resíduos deverão
estar devidamente licenciados pelo órgão ambiental de cada
estado para realizar estas atividades.
13. Ensaios
A finalidade deste capítulo é definir os ensaios que podem
ser realizados por solicitação de clientes, com ou sem
presença de inspetor.
São agrupados em ENSAIOS DE ROTINA, TIPO e
ESPECIAL, conforme definidos pelas normas ABNT NBR
17094 e IEC 60034-1. Para a realização destes ensaios,
deve ser seguida a NBR-5383, que define os procedimentos
a serem seguidos para a execução dos ensaios. Outros
ensaios não citados, podem ser realizados pelo fabricante,
desde que exista um acordo entre as partes interessadas.
Listas de Testes
Item
nº
Descrição
Ensaio Ensaio Ensaio
Conforme norma
de Rotina de Tipo Especial
1
Resistência do
enrolamento a frio
X
X
NBR 5383-1
2
Ensaio de rotor bloqueado
X
X
NBR 5383-1
3
Ensaio de elevação
de temperatura
N.A.
X
NBR 5383-1
4
Ensaio em carga
N.A.
X
NBR 5383-1
5
Ensaio de conjugado máximo
N.A.
X
NBR 5383-1
6
Ensaio em vazio
X
X
NBR 5383-1
7
Ensaio de vibração
N.A.
N.A.
X
8
Nivel de ruído
N.A.
N.A.
X
NBR/IEC 60034-14
9
Ensaio de tensão
aplicada (dielétrico)
X
X
NBR 5383-1
10
Ensaio de resistência
de isolamento
X
X
NBR 5383-1
NBR 7565
11
Indice de polarização
N.A.
N.A.
X
NBR 5383-1
12
Curva conjugado x rpm
N.A.
N.A.
X
NBR 5383-1
13
Sobrevelocidade
N.A.
N.A.
X
NBR 5383-1
14
Tensão no eixo
N.A.
N.A.
X
NBR 5383-1
15
Resistência de
isolamento dos mancais
N.A.
N.A.
X
NBR 5383-1
16
Excesso de conjulgado
momentâneo
N.A.
N.A.
X
NBR 17094-1
17
Sobrecorrente ocasional
N.A.
N.A.
X
NBR 17094-1
Tabela 13.1 - Ensaios
* N.A.: Não Aplicável
--
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13.1 Motores Alimentados por Inversores de
Frequência
Quando o motor for alimentado por inversor, os testes são
realizados com alimentação senoidal, com exceção do
ensaio de elevação de temperatura, que pode ser realizado
com alimentação PWM quando solicitado.
14. Anexos
14.1 Sistema Internacional de Unidades - SI
Grandezas
Nomes
Unidades
Aceleração
metro por segundo ao quadrado
m/s2
Aceleração angular
radiano por segundo ao quadrado
rad/s2
Ângulo plano
radiano
rad
Ângulo sólido
esferorradiano
sr
Área
metro quadrado
m2
Calor específico
Joule por quilograma e por Kelvin
J/kgK
Capacitância
Farad
F
Vazão
metro cúbico por segundo
m3/s
Condutância
Siemens
S
Condutividade térmica
Watt por metro e por Kelvin
W/mK
Condutividade elétrica
Siemens por metro
S/m
Densidade de fluxo de energia
Watt por metro quadrado
W/m2
Dose absorvida
Joule por quilograma
J/kg
Energia
Joule
J
Entropia
Joule por Kelvin
J/K
Fluxo (de massa)
quilograma por segundo
Kg/s
Fluxo magnético
Weber
Wb
Frequência
Hertz
Hz
Força
Newton
N
Gradiente de temperatura
Kelvin por metro
K/m
Impulsão
Newton-segundo
Ns
Indução magnética
Tesla
T
Indutância
Henri
H
Intensidade de campo elétrico
Volt por metro
V/m
Intensidade de campo magnético Ampère por metro
A/m
Intensidade luminosa
candela
cd
Intensidade de corrente
Ampère
A
Intervalo de frequências
oitava
Comprimento
metro
m
Massa
quilograma
Kg
Massa específica
quilograma por metro cúbico
Kg/m3
Momento de força
Newton-metro
Nm
Momento cinético
quilograma-metro quadrado-segundo
Kgm2 /s
Momento de inércia
quilograma-metro quadrado
Kgm2
Potência
Watt
W
Pressão
Newton por metro quadrado
N/m2
Relutância
Ampère por Weber
A/Wb
Resistência elétrica
Ohm
Ω
Resistividade de massa
Ohm-quilograma por metro quadrado
Ωkg/m2
Resistividade
Ohm-metro
Ωm
Temperatura termodinâmica
Kelvin
K
Tensão elétrica
Volt
V
Tensão superficial
Newton por metro
N/m
Tempo
segundo
s
Velocidade angular
radiano por segundo
rad/s
Velocidade
metro por segundo
m/s
Viscosidade dinâmica
Newton-segundo por metro quadrado
Ns/m2
Viscosidade cinemática
metro quadrado por segundo
m2 /s
Volume
metro cúbico
m3
Tabela 14.1
Especificação do Motor Elétrico
65
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14.2 Conversão de Unidades
De
para obter
De
3,94.10 -4
2.928.10 -4
107,5
0,2931
HP.h
kW.h
kgm/s
W
C
kcal/h.m2 (———)
m
0,671
o
F
BTU/h.pé2 (———)
Pie
kg
kgf/cm2
kgf/cm3
km
km
km
km2
km2
km/h
km/h
km/h
km/h
kgf
kW
kW
kW
kW/h
kW/h
kW/h
kW/h
kW/h
kW/h
2,205
14,22
3,613.10 -5
1094
3281
0,6214
0,3861
10.76.10 -6
27,78
0,6214
0,5396
0,9113
9,807
56,92
1,341
14,34
3413
859850
1,341
3,6.10 6
2,655.10 6
3,671.105
Libra
Libra-força/pol2
Libra/pol3
Jarda
pé
Milha
Milha 2
pé2
cm/s
Milha/h
nó
pé/s
J/m (N)
BTU/min
HP
kcal/min
BTU
Cal
HP.h
J
Libra pé
kgm
multiplicar por
BTU
BTU
BTU/h
BTU/h
ºF
(——)
Pie
0,0173
W/cm2.
ºC
(——)
cm
BTU/h2.
ºF
(——)
Pé
0,0833
BTU/h.pé2
ºF
(——)
Pie
5,68.10 -4
3,94.10 -4
0,01758
17,58
2,93.10 -4
3,93.10 -4
3,94.10 -4
W/cm2.ºC
HP/pé2. ºF
kW
W
kW
HP
cv
C
Caloria (grama)
Caloria (grama)
Caloria (grama)
Caloria (grama)
Cal/s.cm2
ºC
(——)
cm
cv
cv
cm
cm3
cm3
cm3
cm2
cm2
cm/s
3,9683.10 -3
1,5596.10 -6
1,1630.10 -6
3600/860
BTU
HP.h
kW.h
Joule
4,19
W/cm2
75
735,5
0,3937
1,308.10 -6
3,531.10 -6
0,06102
1,076.10 -3
0,1550
0,036
kg.m/s
W
pol.
jarda3
pé3
pol.3
pé2
pol.2
km/h
ºC
(——)
cm
G
Grau Celsius
Grau Celsius
Grau Fahrenheit
9
( C ——) + 32
5
o
(oC) + 273,15
5
(F - 32) ——
9
Grau trigonométrico
0,01745 Grau radiano
HP
HP
HP (caldeira)
HP
HP
HP
HP
HP.h
HP.h
HP.h
HP.h
42,44
1,014
33479
10,68
76,04
0,7457
550
2,684.10 6
0,7457
1,98.10 6
2,737.105
F
K
o
C
H
BTU/min
cv
BTU/h
kcal/min
kg.m/s
kW
Libra-força.pé/s
J
kW.h
Libra-força.pé
kgm
J
Jarda
Joule
Joule
Joule
Joule
Joule
66
3
0,7646
9,480.10 -4
0,7376
2,389.10 -4
22,48
1
Especificação do Motor Elétrico
para obter
K
o
BTU/h2.
BTU/h.Pé2.ºF
BTU/h.Pé2.ºF
BTU/min
BTU/min
BTU/s
BTU/s
BTU/s
multiplicar por
m3
BTU
Libra-força.pé
kcal
Libra
W
L
Libra-força.pé/s
Libra-força.pé3
Libra-força.pé3
Libra-força.pol
Libra-força.pol2
Libra-força.pé/min
Libra-força.pé/min
Libra-força.pé/s
Libra-força
Litro
Litro/min
Libra-força/pé
Libra-força/pé
Libra-força/pé
Libra-força/pé
Libra-força/pé2
Libra-polegada quadrada
(sq.in.lb)
1,356.10 -3
0,01602
16,02
17,86
0,07301
3,24.10 -4
2,260.10 -5
0,07717
16
0,2642
5,886.10 -4
3,24.10 -4
1,488
3,766.10 -7
0,1383
0,0421
2,93 x 10 -4
m
m
m
m
m3
m3
m
m/min
m/min
m2
m2
m.kg
m/s
m/s
Micrômetro
Milha/h
Milha/h
Milha quadrada
Milha
Milímetro
1,094
5,396.10 -4
6,214.10 -4
39,37
35,31
61023
1,667
0,03238
0,05408
10,76
1550
7,233
2,237
196,8
10 -6
26,82
1467
2,590
0,001
0,03937
kW
g/cm3
kg/m3
kg/m
kg/cm2
kcal/min
kW
BTU/min
onça
galão
pé3/s
kcal
kg/m
kW.h
kgfm
kg/m2
Quilograma-metro
quadrado (kgm2)
M
Jarda
milha marítima
milha terrestre
pol.
pé3
pol.3
cm/s
nó
pés/s
pé2
pol.2
Libra-força.pé
milha/h
pé/min
m
m/min
pé/s
km2
pol.
pol.
www.weg.net
14.3 Normas - ABNT e IEC
De
multiplicar por
para obter
N
Newton
Nó
Nó
Newton
1.105
1,8532
1,689
0,1019
Newton-metro
0,1019
Newton-metro
0,7376
Dina
km/h
pé/s
Quilograma-força (kgf)
ou quiloponde (kp)
Quilograma-força (mkgf)
ou quiloponde-metro
(mkp)
Libra-força pé (ft. lb)
Principais normas para Máquinas Elétricas Girantes
ABNT
IEC
Conteúdo
ABNT NBR 5031
IEC 60034-7
Classificação das formas construtivas e
montagens
ABNT NBR 5110
IEC 60034-6
Classificação dos métodos de resfriamento
ABNT NBR 5383-1
IEC 60034-1
Motores de indução trifásicos - Ensaios
ABNT NBR 15623-1
IEC 60072-1/2
Dimensões e séries de potências para
máquinas elétricas girantes - Padronização
- Designação de carcaças entre 56 a 400 e
flanges entre e flanges entre 55 a 1 080
ABNT NBR IEC
60085:2012
IEC 60085
Materiais isolantes elétricos - Classificação
térmica
ABNT NBR IEC
60034-9
IEC 60034-9
Limites de ruído
IEC 60034-1
Motores de indução
Parte 1: trifásicos
Parte 2: monofásicos
ABNT NBR IEC 60079
IEC 60079
Série de normas de segurança para
atmosferas explosivas
ABNT NBR IEC 60529
IEC 60529
Graus de proteção para invólucros de
equipamentos elétricos (código IP)
O
Onça
28,349
grama
P
Pé
Pé/min
Pé/min
Pés/s
Pé/s
Pé/s
Pé/s
Pé2
Pé
Pé3
Pé3/Lb
Pé3/min
Pol.
Pol.3
Pol.3
Pol.3
0,3048
0,508
0,01667
18,29
0,6818
0,5921
1,097
929
30,48
28,32
0,06242
472
25,40
0,01639
1,639.10 -5
5,787.10 -4
m
cm/s
pé/s
m/min
milha/h
nó
km/h
cm2
cm
litro
m3/kg
cm3/s
mm
litro
m3
pé3
Quilo caloria
Quilo caloria
Quilo caloria
Quilo caloria
Quilo caloria
Quilogrâmetro
Quilogrâmetro
Quilogrâmetro
Quilogrâmetro
Quilograma-força (kgf)
ou quiloponde (kp)
Quilograma-força metro
(mkgf) ou
quiloponde metro (mkp)
Quilowatt (kW)
Quilograma-metro
quadrado (kgm2)
3,9685
1,560.10 -2
4,186
426,9
3,088
9,294.10 -3
9,804
2,342.10 -3
7,233
2,205
BTU
HP.h
J
kgm
Libra-força.pé
BTU
J
kcal
libra-força.pé
Libra-força (lb)
7,233
Libra-força-pe (ft. lb)
1,358
23,73
Cavalo vapor (cv)
Libra-pé quadrado
(sq. ft. lb)
Radiano
rpm
rpm
Radiano/s
3438
6,0
0,1047
0,1592
ABNT NBR 17094-1
ABNT NBR 17094-2
Q
R
min.
grau/s
radiano/s
rpm
W
Watt
Watt
Watt
Watt
Watt
0,05688
1,341.10 -3
0,01433
44,26
0,7378
BTU/min
HP
kcal/min
Libra-força.pé/min
Libra-força.pé/s
Tabela 14.2
Especificação do Motor Elétrico
67
Cód: 50032749 | Rev: 19 | Data (m/a): 04/2016
Sujeito a alterações sem aviso prévio. As informações contidas são valores de referência.
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Jaraguá do Sul - SC - Brasil
Telefone:(47) 3276-4000
[email protected]
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