Resumo de aulas de Máquinas Elétricas ministradas no Cursos Técnico em Eletroeletrônica e Eletricista de Manutenção.
domingo, 26 de novembro de 2023
Aula 46 - Tipos de enrolamentos e bobinagem de motores elétricos
segunda-feira, 20 de novembro de 2023
Aula 45 - Dispositivos de partida de motores elétricos trifásicos
Dispositivo de partida é o termo geral para um equipamento com um ou mais contatores que permite a conexão de um motor elétrico trifásico à sua fonte de alimentação principal.
Dispositivos de partida também podem ser usados para limitar a corrente de partida de um motor a um valor aceitável quando conectado à rede elétrica principal. Um valor aceitável é aquele que não perturba o bom funcionamento da fonte de energia, como um gerador, pois isso também perturbaria outros equipamentos da instalação.
Limitar a corrente de partida também limitará o torque de partida de um motor elétrico. Isto pode ser necessário para proteger, por exemplo, uma caixa de redução de velocidades delicada, que poderia se danificar por causa do excesso de força no arranque direto.
Alguns exemplos de dispositivos de partida são: Partidas Diretas; Partidas Estrela Triângulo; Partidas com Autotransformadores; Partidas com Conversores (Soft-Starter) e Inversores de frequência e Partidas com estrangulamento de alta tensão.
1.1. Partida Direta
A maneira mais simples de dar partida em um motor de corrente alternada trifásico é a partida direta on-line. Com este dispositivo o tempo de partida é mínimo, o torque de partida é máximo em plena tensão, mas a queda de tensão provocada na rede elétrica é máxima.
Os valores dos níveis de queda de tensão podem ser calculados quando os dados das cargas são conhecidos, bem como os dados da rede rede elétrica e capacidade dos transformadores e geradores. Em geral, um gerador é capaz de fornecer uma sobrecarga repentina de 50% da sua capacidade nominal de kVA, resultando numa queda de tensão nos terminais do gerador inferior a 15%.
Isto permite mais 5% de queda de tensão na rede de distribuição, para ficar abaixo da queda de tensão máxima permitida de 20% durante a partida de um grande consumidor. A queda de tensão é resultado das capacidades do gerador, pois a carga do motor diesel durante a partida é determinada pelo fator de potência, geralmente inferior a 0,4 durante a partida.
Figura 01 - Partida Direta |
Inicialmente na partida direta, uma corrente muito grande (5-8 vezes) flui no motor em plena carga. Essa corrente de surto diminui à medida que o motor acelera até sua velocidade de operação. Esta corrente de partida não causará danos ao motor, a menos que o motor seja iniciado e parado repetidamente em um curto espaço de tempo.
Exemplo de partida direta: 1. Tensão de entrada; 2. Motor elétrico; 3. Disjuntor motor Q1; 4. Contator K1, 5. Botão Iniciar S2, 6. Botão Parar S1; 7. Fusível de controle F1; 8. Sinalização H1.
Diagrama elétrico de Partida Direta de Motor de Indução Trifásico protegida por disjuntor com comando em 220 Vac está disponível em: 17_11_01 Partida Direta em 220 Vac de Motor de Indução Trifásico .
1.2. Partida Estrela Triângulo
A partida estrela triângulo é um método muito utilizado, pois é econômico, utiliza tecnologias comprovadas e está amplamente disponível. Esta é uma maneira de reduzir a corrente de partida do motor de indução conectando inicialmente o enrolamento do estator em "Estrela", e assim que o motor atingir a velocidade (68%) será conectado em "Triângulo".
Um exemplo de partida estrela-triângulo é fornecido abaixo. Para motores grandes, que requerem contatores grandes (K1,K2 e КЗ), esses contatores podem ser alimentados pela tensão primária em vez do transformador de tensão. Os contatores principais mostrados serão então substituídos por contatores auxiliares.
Figura 02 - Partida Estrela Triângulo. |
- Tensão em 1,73;
- Corrente de partida em 1/3;
- Torque de partida em 1/3
- Carga do motor em 1/3.
Figura 03 - Partida com Autotransformador. |
Figura 04 - Partida com Soft-Starter. |
segunda-feira, 13 de novembro de 2023
Aula 44 - Energização de Motor de Passo
O rotor de um motor de passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, sequencialmente, pelos pólos de diversos eletroímãs estacionários, como se ilustra:
A rotação destes motores é diretamente relacionada aos impulsos elétricos que são recebidos, e a sequência em que tais pulsos são aplicados reflete diretamente na direção em que o motor gira. A velocidade em que o rotor gira é fornecida pela frequência de pulsos recebidos, e o tamanho do ângulo rotacionado é diretamente relacionado com o número de pulsos aplicados.
Motores de Passo de Relutância Variável
O estator é formado por quatro polos (eletroímãs) usinados, de forma que as extremidades dos eletroímãs apresentem ranhuras, chamadas de dentes. O rotor é um círculo cuja circunferência é dentada como se fosse uma engrenagem. Cada dente do rotor corresponde a um polo saliente. O número de dentes do rotor determina o número de passos que devem ser executados para que o rotor execute um giro de 360 graus.
O controle de velocidade e do sentido de giro deste tipo de motor de passo depende unicamente da ordem de energização das bobinas e dos detalhes mecânicos do rotor.
Motores de Passo de Imã Permanente
O motor é muito parecido com o motor de relutância variável. A diferença é que o rotor do motor de passo de imã permanente é composto por ímãs, o que dá a esse motor uma característica muito importante.
Ele mantém sua última posição mesmo quando desenergizado. Ao energizar uma das fases, é criado um campo magnético. Assim, um torque é gerado pela atração do pólo gerado com o pólo oposto do imã permanente.
Este tipo de motor tem um ímã permanente em um eixo liso, gerando uma mecânica mais simples e barata. A vantagem desse tipo de motor é o fato dele ter um campo magnético permanente que se soma ao campo magnético das bobinas, dando uma potência, ou torque, maior na partida. A desvantagem desse tipo de motor é o fato deles terem um passo maior, com menor precisão. Quando um estator é ativado, o eixo se alinha com o campo magnético até o estator ser desligado e o estator seguinte ligado.
Motores de Passo Híbridos
O motor é mais caro do que o de ímã permanente, mas oferece melhor desempenho com respeito à resolução de passo, torque e velocidade. Ângulos de passos típicos de motores híbridos estão entre 3,6º a 0,9º (100-400 passos por volta). O motor híbrido combina as melhores características do motor de imã permanente e do motor de relutância variável. O rotor é multidentado como no motor de relutância variável e contém um ímã permanente ao redor de seu eixo. Os dentes do rotor fornecem um melhor caminho que ajuda a guiar o fluxo magnético para locais preferidos no GAP de ar.
Este tipo de motor mistura a mecânica mais sofisticada do motor de Relutância Variável com a potência do ímã permanente no eixo, dando um torque maior com maior precisão nos passos, que podem variar entre 3,6° e 0,9° graus, contra 7,5° a 15° graus para o de ímã permanente.
O eixo do motor é construído com dois grupos de dentes, um com o POLO SUL saliente e o outro com o POLO NORTE, de modo que os dentes fiquem alternados.
Semelhante aos tipos anteriores, as bobinas devem ser ligadas em sequência para o eixo poder girar.
Tipos de pólos de motores de passo
Geralmente têm duas fases e podem ser bipolar ou unipolar. Nos motores unipolares são usados dois enrolamentos por fase e costumam ter um contato em comum, resultando em cinco, seis ou oito conexões. Nos modelos onde a conexão comum dos dois pólos é separada, são seis conexões externas e nos modelos onde a conexão comum é soldada internamente, são cinco conexões externas. Os de oito conexões externas contêm a conexão em comum dos dois pólos separada e facilitam a ligação em série ou paralela das bobinas. Eles são chamados de unipolares e facilitam o projeto por não necessitar de ligação reversa nos pólos. Os modelos com cinco ou seis conexões têm as bobinas ligadas em série e necessitam da capacidade de reverter as ligações entre as bobinas.
Ligação reversa é um tipo de ligação muito comum entre motores onde os pólos A e B da bobinas podem ser ligados ao positivo e negativo respectivamente, ou invertida, negativo e positivo respectivamente.
Os Motor de Passo Bipolar usam uma ligação por pólo e necessitam que o circuito de controle possa reverter o sentido da corrente para acionar as bobinas de forma correta.
A diferença é apenas como os enrolamentos (estatores) do motor estão interligados entre si. O nome Unipolar (um polo) ou Bipolar (dois polos) vem do fato que nos unipolares a corrente circula pelas bobinas apenas em uma direção (ex. do fio comum para a phase A+ ou do comum para a phase B- e etc.). Já nos bipolares a corrente circula em ambas as direções em cada bobina, hora da Phase B+ para a B- hora da B- para a B+.
© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2017.
segunda-feira, 6 de novembro de 2023
Aula 43 - Energização de Servomotor
Figura 1 – Servo motor industrial |
Figura 2 – Tipos de Servo Motores. |
Figura 3 – Servo Motor de Corrente Continua (CC) |
Figura 4 – Partes de um Servomotor CC tipo RC |
No tipo de servomotor RC, uma tensão de referência CC é ajustada para o valor correspondente à saída desejada. Esta tensão pode ser aplicada utilizando um potenciômetro, um gerador de largura de pulso de controle (PWM) para o conversor de tensão, ou através de temporizadores dependendo do circuito de controle. A regulagem do potenciômetro produz uma tensão correspondente que é então aplicada na entrada do amplificador de erro.
Em alguns circuitos, é utilizado um impulso de controle para produzir uma tensão de referência CC correspondente à posição ou velocidade desejada do motor que é aplicada a um conversor de largura de pulso (PWM). Neste conversor, o capacitor começa a carregar a uma taxa constante quando o pulso é alto. Então a carga no capacitor alimenta o amplificador buffer quando o pulso está baixo e esta carga é ainda aplicada ao amplificador de erro. Dessa forma, o comprimento do pulso soluciona a tensão aplicada no amplificador de erro como uma tensão desejada para produzir a velocidade ou posição desejada.
No controle digital, microprocessador ou microcontrolador são utilizados para gerar os pulsos de PWM para produzir sinais de controle mais precisos. Veja abaixo um diagrama mostrando como é feito o controle.
Figura 5 - controle PWM. |
Figura 6 - Servomotor CA |
Figura 7 - Controle de Servomotor CA |
Inicialmente, existe uma diferença entre a posição do eixo do gerador e a posição do eixo do transformador de controle, que nomeamos de erro. Este erro é refletido em tensão através do transformador de controle e por sua vez é amplificado antes de ir para o controle de fase do servo motor.
Com a tensão de controle, o rotor do servomotor gira na direção necessária para que o erro torne-se zero. Este é o princípio básico de como é assegurada a posição do eixo de servomotores CA.
Na prática, a maioria dos servo drives modernos possuem CLPs e microprocessadores embutidos que geram frequência e tensão variável a fim de movimetnar o motor. Para este controle são utilizadas as técnicas PWM e controle PID. O diagrama de blocos do sistema de servo motor CA utilizando controladores lógicos programáveis, controladores de posição e servo controladores é apresentado a seguir:
Figura 8 - Controle de servomotor com CLP. |