acionamentos elétricos acij6 prof. dr. cesar da costa 4.a aula: acionamento de motores
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Acionamentos ElétricosACIJ6
Prof. Dr. Cesar da Costa
4.a Aula: Acionamento de Motores
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1. Partida Direta de Motor de Indução
Sistema de partida no qual o motor recebe, nos seus terminais, plena
tensão no instante da partida.
O motor de rotor tipo gaiola pode partir a plena carga e com a corrente
elevando-se de 4 a 8 vezes a corrente nominal, conforme o tipo e número de
pólos.
O conjugado na partida atinge aproximadamente 1,5 vezes o conjugado
nominal.
ACIONAMENTO DE MOTORES
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1. Partida Direta de Motor de Indução
É o método de partida mais simples, em que não são empregados
dispositivos especiais de acionamento do motor.
Apenas são utilizados contatores, disjuntores ou chaves interruptoras que
possibilitem a alimentação do motor com plena tensão no instante da partida..
ACIONAMENTO DE MOTORES
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1. Partida Direta de Motor de Indução
ACIONAMENTO DE MOTORES
Os motores somente podem partir diretamente da rede se forem satisfeitas as
seguintes condições:
A capacidade nominal da rede seja suficientemente elevada que torne a corrente de partida do motor como que irrelevante;
A corrente de partida do motor é de baixo valor porque a sua potência é pequena;
A partida do motor é feita sem carga, o que reduz a duração da corrente de partida e, consequentemente, atenua os efeitos sobre o sistema de alimentação.
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1. Partida Direta de Motor de Indução
ACIONAMENTO DE MOTORES
Os fatores que impedem a partida dos motores diretamente da rede secundária pública de suprimento são:
A potência do motor ser superior ao máximo permitido pela concessionária local, normalmente estabelecida em 7,5 cv;
A carga a ser movimentada necessitar de acionamento lento e progressivo.
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1. Partida Direta de Motor de Indução
ACIONAMENTO DE MOTORES
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
Em instalações elétricas industriais, principalmente aquelas
sobrecarregadas, podem ser usadas chaves estrela-triângulo como forma de
suavizar os efeitos de partida dos motores elétricos.
Só é possível o acionamento de um motor elétrico através de chaves estrela-
triângulo se este possuir seis terminais acessíveis e dispor de dupla tensão
nominal, tal como 220/380 V ou 380/660 V.
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
O procedimento para o acionamento do motor é feito, inicialmente,
ligando-o na configuração estrela até que este alcance uma velocidade
próxima da velocidade de regime, quando então esta conexão é desfeita e
executada a ligação em triângulo.
A troca da ligação durante a partida é acompanhada por uma elevação de
corrente, fazendo com que as vantagens de sua redução desapareçam se
a comutação for antecipada em relação ao ponto ideal.
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
Durante a partida em estrela, o conjugado e a corrente de partida ficam
reduzidos a 1/3 de seus valores nominais. Neste caso, um motor só pode
partir através de chave estrela-triângulo quando o seu conjugado, na
ligação em estrela, for superior ao conjugado da carga do eixo.
Devido ao baixo conjugado de partida a que fica submetido o motor, as
chaves estrela-triângulo são mais adequadamente empregadas em
motores cuja partida se dá em vazio.
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
A seguir, algumas vantagens e desvantagens das chaves estrela-triângulo:
a) Vantagens
Custo reduzido;
Elevado número de manobras;
Corrente de partida reduzida a 1/3 da nominal;
Dimensões relativamente reduzidas..
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
A seguir, algumas vantagens e desvantagens das chaves estrela-triângulo:
b) Desvantagens
Aplicação específica a motores com dupla tensão nominal e que disponham
de seis terminais acessíveis; conjugado de partida reduzido a 1/3 do nominal;
A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor;
O motor deve alcançar, pelo menos, 90% de sua velocidade de regime para
que, durante a comutação, a corrente de pico não atinja valores elevados,
próximos, portanto, da corrente de partida com acionamento direto.
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2. Partida Estrela - Triangulo
ACIONAMENTO DE MOTORES
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2.1 Conjugado
ACIONAMENTO DE MOTORES
O conjugado (também chamado torque, momento ou binário) é a medida
do esforço necessário para girar um eixo.
É sabido, pela experiência prática que, para levantar um peso por um
processo semelhante ao usado em poços, a força “ F ” que é preciso
aplicar à manivela depende do comprimento “I” da manivela. Quanto maior
for a manivela, menor será a força necessária.
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2.1 Conjugado
ACIONAMENTO DE MOTORES
No exemplo a seguir, se o balde pesa 20N e o diâmetro do tambor é
0,20m, a corda transmitirá uma força de 20N na superfície do tambor, isto
é, a 0,10m do centro do eixo.
Para contrabalancear esta força, precisam de 10N na manivela, se o
comprimento l for de 0,20m.
Se l for o dobro, isto é, 0,40m, a força F será a metade, ou seja 5N. 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 eixo
a força é aplicada.
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2.1 Conjugado
ACIONAMENTO DE MOTORES
O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância,
F x l. Neste exemplo, o conjugado vale: C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N
x 0,40m = 2,0 N.m.
C = F. l (N . m)
Onde:
F= Força (Newton);I = Comprimento (Metros)
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2.2 Energia
ACIONAMENTO DE MOTORES
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 realizado para trazer o balde do fundo até a
boca do poço é sempre a mesma, valendo 20N x 24,5m = 490N.m
Note que a unidade de medida de energia mecânica, N.m, é a mesma que
usamos para o conjugado. Trata-se, no entanto, de grandezas de
naturezas diferentes, que não devem se confundidas.
W = F . d (N . m)
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2.3 Potencia Mecânica
ACIONAMENTO DE MOTORES
Obs.: 1N.m = 1J = W . dt
A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realiza-lo.
Assim, se usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência necessária será:P1 = 490 / 2,0 = 245W
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária será:P2 = 490 / 1,3 = 377W
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2.4 Potencia Mecânica
ACIONAMENTO DE MOTORES
A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o cv (cavalo vapor), equivalente a 736W. Então as potências dos dois motores acima serão:
P1 = 245 / 736 = 1 / 3cv
P2 = 377 / 736 = 1 / 2cv
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2.5 Rendimento
ACIONAMENTO DE MOTORES
O motor elétrico absorve energia elétrica da linha e a transforma em energia
mecânica disponível no eixo. O rendimento define a eficiência com que é
feita esta transformação.
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:
( ) 736. ( )( ) 3. . .cos
Pu w P cvhPa w u i
Onde:u -Tensão de operação do motor;i - Corrente do motorcos -Fator de potencia do motor
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2.6 Relação entre Conjugado e Potência
ACIONAMENTO DE MOTORES
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:
P(cv) = C(kgfm) x n(rpm) / 716
P(cv) = C(Nm) x n(rpm) / 7024 P(kW)
P (Kw) = C(kgfm) x n(rpm) / 974
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2.7 Curva Conjugado x Velocidade
ACIONAMENTO DE MOTORES
O motor de indução tem conjugado igual a zero à velocidade síncrona. À
medida que a carga vai aumentando, 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.
Representando num gráfico a variação do conjugado com a velocidade
para um motor normal, vamos obter uma curva com aspecto representado
a seguir.
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2.7 Curva Conjugado x Velocidade
ACIONAMENTO DE MOTORES