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Figura 107-01
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Figura 107-02



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Figura 107-03

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Velocidade Síncrona, em rpm
Número de Polos 50 Hz 60 Hz
2 3.000 3.600
4 1.500 1.800
6 1.000 1.200
8 750 900
10 600 720
12 500 600




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Figura 107-04
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Figura 107-05



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Figura 107-06


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Figura 107-07



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Figura 107-08
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Figura 107-09
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Figura 107-10
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Figura 107-11

    A Figura 107-12 mostra uma curva característica de conjugado versus velocidade de um motor de indução, mostrando as faixas estendidas de operação, onde se vê a região de frenagem e a região como gerador.

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Figura 107-12

    Observando o gráfico mostrado na Figura 107-12 podemos tirar as seguintes conclusões:

  • 1. -   Se o rotor do motor de indução for acionado mais rapidamente do que a velocidade síncrona, então o sentido do conjugado induzido inverte-se e a máquina torna-se um gerador, convertendo potência mecânica em elétrica;
  • 2. -   Se o motor estiver girando para trás em relação ao sentido dos campos magnéticos, então o conjugado induzido na máquina freará a máquina muito rapidamente e tentará fazer com que ela gire no sentido oposto. Como a inversão do sentido de rotação do campo magnético é simplesmente uma questão de chaveamento de duas fases quaisquer do estator, esse fato pode ser usado para frear muito rapidamente um motor de indução. O ato de permutar duas fases por chaveamento, para frear o motor muito rapidamente, é denominado frenagem por inversão de fases.



    12. Torque Máximo do Motor de Indução

    Como o conjugado induzido é dado pela eq. 107-32, o conjugado máximo possível ocorre quando a potência de entreferro é máxima. Como a potência de entreferro é igual à potência consumida no resistor R2 /s, o conjugado máximo induzido ocorrerá quando a potência consumida por esse resistor for máxima.

    Em uma situação na qual o ângulo da impedância de carga é fixo, o teorema da transferência máxima de potência afirma que essa transferência máxima de potência para o resistor de carga R2 /s ocorrerá quando o valor da impedância for igual ao valor da impedância da fonte. O módulo da impedância da fonte, Zf , é dada pela eq. 107-52.

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    eq. 107-52

    Logo, a transferência máxima de potência ocorre quando R2 /s = Zf . Dessa relação podemos encontrar o escorregamento para conjugado máximo, smax, fazendo uma manipulação algébrica na relação mostrada neste parágrafo e chegando a eq. 107-53.

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    eq. 107-53

    Observe que a resistência de rotor referida R2 aparece apenas no numerador. Assim, o escorregamento do rotor no conjugado máximo é diretamente proporcional à resistência do rotor.

    O valor do conjugado máximo pode ser encontrado inserindo a expressão para o escorregamento de conjugado máximo na equação de conjugado conforme a eq. 107-51. Assim, a equação resultante de conjugado máximo é

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    eq. 107-54

    Esse conjugado é proporcional ao quadrado da tensão de alimentação e relaciona-se também com o inverso das impedâncias de estator e de rotor. Quanto menores forem as reatâncias de uma máquina, maior será o conjugado máximo que ela é capaz de alcançar. Observe que o escorregamento para o qual ocorre o conjugado máximo é diretamente proporcional à resistência do rotor, R2, mas o valor do conjugado máximo independe do valor dessa resistência conforme a eq. 107-54.




    13. Partida em um Motor de Indução

    Em muitos casos, a partida dos motores de indução pode ser feita simplesmente ligando-os diretamente à linha de potência. Isso só é possível se o motor é de baixa potência, no máximo 10 HP. Entretanto, algumas vezes há razões para não proceder assim. Por exemplo, a corrente de partida pode causar tal queda de tensão temporária no sistema de potência que torna inaceitável a partida com ligação direta à linha. Esse é o caso de motores de alta potência, acima de 10 HP.

    No caso de motores de indução de enrolamento bobinado, a partida pode ser feita com correntes relativamente baixas inserindo resistências extras no circuito do rotor durante a partida. Essas resistências não só aumentam o conjugado de partida, como também reduzem a corrente de partida.

    No caso de motores de indução de gaiola de esquilo, a corrente de partida pode variar amplamente dependendo fundamentalmente da potência nominal do motor e da resistência efetiva do rotor nas condições de partida. Para estimar a corrente do rotor nas condições de partida, todos os motores de gaiola têm agora uma letra de código de partida (não confundir com a letra da sua classe de projeto) nas suas placas de identificação. A letra de código especifica limites para a quantidade de corrente que o motor pode consumir na partida.

    Esses limites são expressos em termos da potência aparente de partida do motor em função da sua especificação nominal de potência (HP). A Tabela 107-01 é uma tabela que contém os quilovolts-ampères por HP para cada letra de código.


Tabela 107-01
Letra do Código de Partida Rotor Bloqueado,   kVA/HP
A 0   a   3,15
B 3,15   a   3,55
C 3,55   a   4,00
D 4,00   a   4,50
E 4,50   a   5,00
F 5,00   a   5,60
G 5,60   a   6,30
H 6,30   a   7,10
J 7,10   a   8,00
K 8,00   a   9,00
L 9,00   a   10,00
M 10,00   a   11,20
N 11,20   a   12,50
P 12,50   a   14,00
R 14,00   a   16,00
S 16,00   a   18,00
T 18,00   a   20,00
U 20,00   a   22,40
V 22,40   e   acima

       Como Usar a Tabela

    Vamos considerar o seguinte exemplo. Seja um motor de indução trifásico de 20 HP operando em 220 V e código de partida com a letra F.

    De acordo com a Tabela 107-01, o máximo de quilovolts-ampére por HP é 5,6. Logo, o máximo de quilovolts-ampére de partida deste motor é:


    Sstart  =  15 (HP) x 5,6  =  84   kVA

    Então, a corrente de partida do motor será:

    IL  =  Sstart / √3 VT  =  84 kVA / √3 x 220 V

    Efetuando o cálculo, encontramos:


    IL  =  220   A

    Quando a corrente de partida é muito alta, há necessidade de se reduzir adotando um circuito de partida adequado. Porém, devemos considerar que quando reduzimos a corrente de partida o conjugado de partida do motor também será reduzido.

    Vamos estudar algumas alternativas para resolver esse problema.




        13.1   Conexão Delta - Estrela

    É normal que os fabricante forneçam seus motores de maior potência com seis terminais, onde cada dois terminais representam o enrolamento de uma fase. Neste caso, é possível conectar o motor em uma ligação Delta ou Estrela. Então, uma maneira de se reduzir a corrente de partida de um motor de indução é conectá-lo na configuração Estrela no ato da partida. Depois que o motor alcançar uma rotação próxima da rotação de trabalho, muda-se a conexão para uma configuração Delta. Este procedimento é viável, pois na conexão Estrela a tensão sobre o enrolamento de fase do motor é igual a tensão de linha dividido pelo fator √3. Desta forma, com uma tensão menor em seus terminais a corrente de partida é reduzida pelo fator √3.

    Observe que uma corrente menor vai produzir um torque de partida menor. Quando for possível dar partida ao motor com uma corrente de partida de aproximadamente 58% da corrente de partida nominal, este método, que é razoavelmente de baixo custo, é frequentemente empregado.

    O chaveamento da conexão Estrela para a conexão Delta deve ser feito tão rápido quanto possível para eliminar grandes correntes transitórias devidas à momentânea perda de potência. Por esta razão, dar-se-á preferência às chaves com mola acoplada, de dupla posição, em detrimento as chaves simples tipo faca.




        13.2   Uso de Autotransformadores

    Neste caso, é possível usar autotransformadores para reduzir a tensão de alimentação do motor. Quando o motor atingir uma rotação próxima da rotação de operação, retira-se o autotransformador do circuito e o motor passa a ser alimentado diretamente pela rede.

    Devemos entender que ao reduzirmos a tensão de alimentação a corrente também diminui na mesma proporção. No entanto, o conjugado (torque) de partida diminui com o quadrado da tensão aplicada. Assim, ao aplicarmos esta técnica é importante verificar se a corrente de partida produz o torque necessário para dar partida à carga acoplada ao eixo do motor.



    15. Classes do Motor de Indução

    O desenvolvimento do rotor de gaiola dupla criou uma tal versatilidade em relação ao projeto dos motores de indução que conduziu a uma variedade de características torque-escorregamento. Ajustando convenientemente o enrolamento de gaiola dupla, os fabricantes desenvolveram numerosas variantes do projeto de rotor fundido único ou normal. Para distinguir entre os vários tipos disponíveis, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), com base em estudos da National Electrical Manufacturer's Association (NEMA), adotou um sistema de código alfabético, no qual cada tipo de motor de indução de rotor em gaiola se situa numa certa categoria designada por uma letra.

    Basicamente existem quatro tipos de motor de indução. Temos as classes A, B, C e D. Vamos descrevê-las separadamente.



        15.1   Classe A

    O motor da classe A é um motor de indução do tipo gaiola normal construído para uso em velocidade normal. A reatância X2 do circuito equivalente de um motor de indução representa a forma referida ao estator da reatância de dispersão do rotor. Em geral, quanto mais distante do estator estiver a barra de rotor, ou uma parte sua, maior será a reatância de dispersão, porque uma porcentagem menor do fluxo da barra alcançará o estator. Portanto, se as barras de um rotor de gaiola de esquilo forem colocadas próximas da superfície do rotor, elas terão apenas um pequeno fluxo de dispersão e a reatância X2 será pequena no seu circuito equivalente. Por outro lado, se as barras forem colocadas mais profundamente na superfície do rotor, haverá mais dispersão e a reatância do rotor X2 será maior.

    Fazendo as barras do rotor com um tamanho grande e posicionadas próximas à superfície do rotor, essa forma construtiva apresentará uma resistência baixa (devido à sua seção reta grande) e uma reatância de dispersão (X2) baixa (devido à localização da barra próximo do estator). Como a resistência do rotor é baixa, o conjugado máximo estará bem próximo da velocidade síncrona (veja a eq. 107-53) e o motor será bem eficiente.

    Devido a boa eficiência desse motor , muito pouco da potência de entreferro será perdida na resistência do rotor. Entretanto, como R2 é pequena, o conjugado de partida do motor está situado entre 1,5 a 2 vezes o conjugado nominal a plena carga. E a sua corrente de partida será elevada, variando entre 5 a 7 vezes a corrente nominal, tornando-o menos desejável para partida direta, principalmente para motores com potência superior a 5 HP.

    Esse tipo de forma construtiva é denominado classe A de projeto pela National Electrical Manufacturers Association (NEMA). É aproximadamente um motor de indução típico, sendo as suas características basicamente as mesmas de um motor de rotor bobinado sem inserção de resistência extra. Sua característica de conjugado versus velocidade está mostrada na Figura 107-13.



        15.2   Classe B

    Os motores da classe B possuem um conjugado de partida pouco abaixo do normal, um baixo escorregamento e uma corrente de partida menor. Essa classe possui um enrolamento mais profundamente engastado nas ranhuras do rotor ocasionando com isso um aumento na reatância de partida do motor. O aumento na reatância de partida reduz um pouco o torque de partida, mas reduz também a corrente de partida. Atualmente, os motores da classe B vêm substituindo os motores da classe A.



        15.3   Classe C

    Os motores da classe C têm um conjugado de partida elevado, baixa corrente de partida e baixo escorregamento (inferior a 5%) com plena carga. O conjugado máximo é ligeiramente inferior ao dos motores da classe A, ao passo que o conjugado de partida é até 250% o conjugado a plena carga. Esses motores são construídos com rotores de dupla gaiola de esquilo, de modo que eles são mais caros do que os motores das classes anteriores. Eles são usados para cargas com elevados conjugados de partida, como bombas, compressores e esteiras transportadoras, todos inicialmente já carregados. Entretanto, quando usados com cargas de elevada inércia possuem uma dissipação térmica limitada.



        15.4   Classe D

    Os motores da classe D têm um conjugado de partida muito elevado (275% ou mais o conjugado nominal) e uma corrente de partida baixa. Eles também têm um escorregamento elevado com plena carga. São basicamente motores de indução comuns da classe A, cujas barras de rotor são menores e feitas de um material de maior resistividade. A alta resistência do rotor desloca o conjugado de pico até uma velocidade muito baixa. Por isso esses motores são conhecidos como motor com rotor de alta resistência.

    O escorregamento de plena carga desses motores é bem elevado, devido à elevada resistência de rotor; tipicamente, é de 7 a 11%, mas podem chegar até 17% ou mais. Esses motores são usados em aplicações que exigem a aceleração de cargas com inércia extremamente elevada, especialmente os grandes volantes usados em prensas de perfuração, estampagem ou corte.




    16. Determinação dos Parâmetros de um M. I.

    Em desenvolvimento.   Aguarde!!