Aula 46 - Passo a passo para rebobinagem de motores elétricos meio imbricados

Figura 01 - Ficha de controle.

Este material não tem a pretensão de abordar todas as metodologias existentes envolvendo a manutenção de motores; outras orientações poderão ser utilizadas como forma de aprimorar a organização do trabalho.

Passo 01: Elaborar Ficha de Serviço

Qualquer setor de manutenção deverá possuir uma estrutura organizacional que permita o acompanhamento de todas as ações desenvolvidas desde a chegada do motor até sua liberação, ao término do reparo. Portanto, deverá existir uma ficha de controle de serviço onde serão registradas todas as informações da máquina o que inclui: dados do proprietário, defeito ocorrido, processo no qual estava inserido, tipo de acoplamento, etc.

Ao receber um motor para reparo, o profissional responsável deverá providenciar sua identificação com um código alfanumérico único que será registrado na carcaça e na ficha de controle.

Figura 02 - Retirada da polia.

A seguir, anote todos os dados contidos na placa de identificação do motor. Caso haja falta de dados importantes, deverá ser consultado o catálogo do fabricante.

Passo 02: Inspeção Visual Externa

Faça uma inspeção visual procurando rachaduras, condições da carcaça, tampa, pés e eixo, observando o estado da pintura, incrustações, corrosão, etc.

Apesar do motor possuir uma estrutura resistente, ele também é sensível a: pancadas, quedas, força excessiva e as ferramentas de corte.

Passo 03: Solte polias e Chavetas

Solte os parafusos que prendem a polia ou o acoplamento ao eixo. Efetue a retirada da polia; caso esteja muito apertada, utilize um extrator (saca-polias).

Parafusos e porcas difíceis de desenroscar podem ser soltos com qualquer fluido desengripante existente no mercado, indicado para esta finalidade. Contudo, na falta do produto, podem ser obtidos resultados semelhantes com o uso de querosene. Aplique e deixe-o penetrar, aguardando algum tempo para que ocorra o efeito desejado.

Figura 03 - Retirada da chaveta.

Retire a chaveta, batendo levemente com o martelo. Na medida que a desmontagem é efetuada, coloque as peças retiradas dentro de um recipiente devidamente identificado.

Passo 04: Abra o Motor

Marque a posição das tampas em relação à carcaça antes de retirá-las. Solte os parafusos que prendem as tampas à carcaça do motor.

Golpeie levemente a carcaça e as tampas com um martelo de borracha (ou use um pedaço de madeira entre o ponto a golpear e o martelo). Se a tampa também for suporte para o eixo, o rotor deverá ser protegido. Para isto, use um dispositivo de levantamento (talha, ponte, etc).

Figura 04 - Retirada do rotor.

Assim que uma tampa é retirada de sua posição, um dispositivo de suporte é colocado no entreferro , entre o rotor e o estator.

Passo 05: Renova o Rotor

O rotor deve ser removido pelo lado do ventilador. Tome cuidado para manter o rotor na linha do eixo do estator, durante esta operação, para causar o mínimo de atrito entre eles.

Passo 06: Retire os Rolamentos

A ferramenta usada para sacar o rolamento é semelhante ao saca polias. A diferença básica está nos ganchos do extrator, que devem ser aplicados na pista interna do rolamento. Antes de sacá-lo poderá ser colocado um pouco de óleo quente no rolamento (o calor gera uma dilatação do anel interno reduzindo a pressão existente).

Posteriormente providencie a limpeza do rolamento usando querosene ou outro produto adequado e seque-o usando um pano isento de fiapos e sujeira, e/ou com ar comprimido.

Figura 05 - Retirada do rolamento.

Verifique as superfícies côncavas do rolamento quanto a desgastes. Arranhões e riscos são sinais de anormalidades. Inspecione se há anéis e esferas trincadas ou quebradas. Rolamentos que tenham sido aquecidos em excesso mudam de cor para escuro ou azulado. Gire o anel externo para um lado e para o outro observando se há ruído anormal. Pingue algumas gotas de óleo para facilitar o teste.

Para reposição do rolamento existente ou sua troca por um novo, é necessário usar o método correto na montagem e observar as regras de limpeza para que o rolamento funcione satisfatoriamente. A montagem poderá ser a frio ou a quente, dependendo da situação. Rolamentos pequenos podem ser montados a frio, utilizando-se u a prensa ou um tubo de impacto.

Figura 06 - Tubo de impacto.

Rolamentos maiores são montados a quente utilizando-se banho de óleo ou aquecedor por indução. Quase todos os aquecedores são equipados com um termostato ajustável para facilitar o aquecimento exato dos rolamentos.

Passo 07: Inspeção Visual Interna

Com o motor aberto sem a presença do rotor, faça uma inspeção visual interna registrando avalias encontradas e anotando algumas informações com relação às características construtivas do estator e do enrolamento, tais como:

• Número de ranhuras;
• Tipo de enrolamento (imbricado, concêntrico);
• Número de bobinas por grupo;
• Número de grupos por fase;
• Ligação entre grupos de bobinas;
• Passo de bobina;
• Passo Polar;
• Passo de Fase.
• Número de polos;
• Lados do estator onde ficam as saídas das fases;
• Número de fios em paralelo, se houver;
• Distância entre princípios de fase;
• Diâmetro do fio.

Passo 08: Desenhe o Diagrama do enrolamento

Figura 07 - Diagrama planificado -
 Motor de 36 Ranhuras - enrolamento imbricado.

Em caso de rebobinagem, desfaz-se o enrolamento anotando os dados acima. Utilizando a placa de identificação e o próprio enrolamento, além de:

• Tipo de conexão (estrela ou triângulo) ;
• Número de terminais;
• Corrente nominal a plena carga;
• Voltagem nominal;
• Rotação.

Figura 08 - Aspectos da Bobinagem-
 Enrolamento do estator e grupo de bobinas.

Se persistirem dúvidas, deverá ser consultado o fabricante para confirmação dos dados originais (de fábrica).

Com esses dados coletados, providencie a confecção do diagrama planificado do enrolamento, que deverá ficar anexado à ficha de controle do motor.

Passo 09: Retire o Bobinado

Após esta etapa, inicie a retirada do enrolamento. Na figura 09, ilustra-se graficamente o modo de cortar as bobinas e de tirá-las do chanfro.

Figura 09 - Retirada das Bobinas.

Após retirá-las, conta se o número de fios por bobina 'em várias' bobinas. Contadas várias bobinas, obtém-se a média que fica como número definitivo de espiras.

Procura-se tirar pelo menos um grupo inteiro de bobinas para poder tirar medidas dos moldes e depois Verifica-se se os moldes empregados para outros motores são de medidas apropriadas.

Caso se tenha que fazer moldes, aproveita-se da ocasião para prepara os papelões para os chanfros e para examina a parte mecânica do motor e cuidar da limpeza em geral e de modo especial dos canais.

Figura 10 - Fibras isolantes moldadas.

Para retirada do enrolamento. Não exerça grandes esforços mecânicos sobre o pacote de chapas magnéticas. O aquecimento do bobinado facilita a retirada dos fios sem danificar o estator. O mesmo nunca deve ser feito a base de fogo ou maçarico.

Poderá ser usado aquecimento por estufa com temperatura controlada, não ultrapassando 150o C.

Observe o tamanho da cabeceira das bobinas para confecção do molde, conte o número de espiras e meça a bitola (diâmetro) do fio esmaltado.

A tabela AWG com as características mecânicas e elétricas de fios magnéticos está disponível em: 24_04_11 - Tabela de Fio Magnético AWG. 

Figura 11 - Medida do diâmetro
do fio magnético.

Passo 10: Faça a Limpeza do Estator
A seguir, inicie a limpeza do estator retirando todo o material isolante presente nas ranhuras e os resíduos de verniz, procurando não danificar as chapas magnéticas. Não utilize a técnica de jateamento, pois poderá afetar o tratamento das chapas magnéticas. Use um solvente para lavagem do estator que não seja prejudicial as chapas. Após o término da limpeza, providencie a secagem em estufa com temperatura controlada.

Passo 11: Confecção das bobinas

Figura 12 - Confecção das Bobinas.

Confeccione as bobinas conforme o projeto original do fabricante, ou seja, conservando o tamanho, o diâmetro do fio esmaltado e o quantitativo de espiras. Se necessário meça o diâmetro do fio esmaltado com micrômetro, operando o mesmo pela catraca, conforme figura 11.

Antes de iniciar a colocação das novas bobinas, providencie novas fibras isolantes para as ranhuras, respeitando as medidas originais e a classe de isolamento do motor.

Passo 12: Molde as fibras e bobinas

Procure moldar as fibras antes de colocá-las nas ranhuras, evitando a redução de espaço útil e dificuldades na colocação das bobinas. Elas poderão ser dobradas para trás, nas pontas, formando uma bainha de aprox. 5mm, evitando assim o deslizamento do isolante e reforçando, consequentemente, a isolação na borda da ranhura.

Passo 13: Identifique e monte o Bobinado

Figura 13 - Identificação de grupos de bobinas.

A disposição das bobinas deverá seguir o diagrama planificado construído inicialmente, segundo o projeto original. A identificação de cada grupo de bobinas poderá ser feita no momento da sua colocação ou após todos os grupos serem colocados (com o decorrer da experiência adquirida, o bobinador define a melhor forma de trabalho).

Defina as ranhuras a serem ocupadas, em função do passo de bobina e, de acordo com o esquema planificado, tendo o cuidado para que os terminais fiquem do lado que serão executadas as ligações internas. 

Prepare um dos lados da bobina, espalmando os condutores entre os dedos, de modo que o lado da bobina fique com os condutores alinhados. Ao término da colocação de cada bobina nas ranhuras, deverá ser colocada uma fibra isolante final para fixação da mesma. Molde a bobina, pressionando-a com os dedos, para facilitar a colocação das próximas bobinas e melhorar o acabamento final do bobinado.

Figura 14 -  Molde as bobinas.

Caso haja dois lados de bobinas na mesma ranhura, deverá ser prevista uma fibra isolante intermediária, separando cada lado de bobina. Confira o quantitativo de terminais existentes e suas posições no estator.

O diagrama circular do motor meio imbricado com 4 polos e núcleo com 36 ranhuras está disponível em: 24_04_03 Enrolamento Meio Imbricado 4 Polos.

As vezes é necessário o alinhamento das cabeceiras das bobinas, para aumentar o espaço pois é geralmente neste local onde está instalado a ventoinha de ventilação do motor. Faça este alinhamento utilizando o cadarço de amarração. 

Passo 14: Molde fixe a cabeceira das bobinas

Figura 15 -  Fixação das cabaceiras das bobinas.

Estando tudo Ok, após a colocação de todas as bobinas, providencie a fixação das cabeceiras das bobinas no lado contrário ao dos terminais, utilizando fibra isolante entre os grupos de bobinas e fita ou cadarço isolante para amarração das mesmas.

Passo 15: Interligue os grupos de bobinas

A etapa seguinte é a identificação dos grupos de bobinas pertencentes a cada enrolamento e sua respectiva interligação. As emendas devem ser efetuadas com o uso de solda e isoladas com tubo isolante (espaguete) que possua classe de isolamento compatível. Não se esqueça de providenciar a retirada do verniz que recobre o fio antes de efetuar a soldagem.

É importante lembrar que os cabinhos flexíveis que receberão a identificação dos terminais do motor devem possuir classe de isolamento e capacidade de corrente compatíveis com os valores originais do motor. Direcione-os para a caixa de ligação acoplada à carcaça, procurando posicionar as emendas na parte superior da cabeceira das bobinas.

Passo 16: Faça a amarração final

Figura 16 -  Interligação de grupos de bobinas.

Providencie a amarração final, da mesma forma que foi feita no lado oposto, colocando uma fibra isolante entre os grupos de bobinas e ajeitando as emendas e fios terminais na cabeceira das bobinas, evitando os cruzamentos.

Antes da impregnação, o bobinado deverá ser testado para certificar-se que o trabalho está correto.

Passo 17: Execute o teste de continuidade e isolação
Execute o teste de continuidade dos enrolamentos, de isolamento elétrico entre enrolamentos e de cada enrolamento para a carcaça.

Obs: A resistência elétrica de isolamento entre enrolamentos e de cada enrolamento para a carcaça deve seguir a seguinte expressão: Rmínima = Tensão nominal em kV + 1, (em MΩ) 

Figura 17 -  Solda e isolação de grupos de bobinas.

Passo 18: Faça a impregnação do conjunto

Faça a impregnação do conjunto – estator e bobinado, com verniz isolante, esta impregnação tem várias finalidades, tais como:

• tornar o bobinado mais sólido e resistente a vibrações;
• preencher todos os espaços vazios o que facilita a dissipação do calor;
• proteger o bobinado contra umidade e, acima de tudo
• garantir um perfeito isolamento.

Para obter esses resultados devem ser observados alguns pontos considerados fundamentais ou seja:

• impregnação por imersão ou a vácuo;

  

  Figura 18 - Amarração final das bobinas.

• viscosidade correta do verniz utilizado;
• temperatura de secagem ou cura do verniz conforme orientação do fabricante e classe de isolamento do motor;
• tempo de secagem, segundo fabricante do verniz, dependendo da carcaça do motor e do número de impregnações;

Figura 19 -  Impregnação com Verniz.

Temperaturas acima do permissível podem queimar os materiais isolantes; já as temperaturas muito baixas, ou ainda tempo de cura muito reduzido deixam o bobinado pegajoso, sujeito à aderência de pó e outras impurezas, não cumprindo a sua função.

Paralelamente deverá ser verificado o balanceamento do conjunto do rotor e o estado dos mancais. Se necessário, averiguar o tempo de vida útil, tipo de graxa, quantidade e intervalos de lubrificação do rolamento (conforme especificações do fabricante).

Após secagem total do estator, deverá ser providenciada a montagem do motor, observando a colocação correta das tampas laterais.

Passo 19: Monte o motor

Figura 20 -  Teste de isolação.

Na montagem do motor, além do fator limpeza devem ser analisados os aspectos dos demais componentes. Estes, além de limpos e secos devem estar em perfeitas condições de uso. Qualquer componente de aspecto duvidoso deve ser substituído, com o cuidado de manter as características originais do motor, observando a classe de isolamento, grau de proteção e assim por diante.

Os encaixes, furos e roscas devem estar isentos de restos de verniz; isto facilita em muito a montagem.

Após o motor estar em conformidade com as características para as quais foi projetado, efetua-se a pintura de acabamento; deverá ser mantida a cor e as características originais ou poderão ser feitas alterações conforme solicitação do cliente.

Figura 20 -  Dados da Placa do Motor.

Passo 20: Energize o motor
Alguns ensaios devem ser efetuados antes da liberação do motor. Basicamente deverá ser feito:

• ensaio a vazio: medição da corrente nas três fases e da potência absorvida com tensão nominal;
• medição da rotação a vazio em rpm.

Outros ensaios poderão ser efetuados de acordo com a solicitação do cliente.

Os dados originais de tensão, corrente e consumo a vazio do motor devem ser arquivados e comparados após cada reparo.

Por último o motor será embalado para transporte e colocado a disposição do cliente.

Observações:

• Existem casos em que o motor apresenta apenas redução na resistência de isolamento. Deverão ser providenciadas sua secagem e uma nova impregnação para recuperar os valores mínimos de isolamento.
• O emprego da sucção para remoção de impurezas nos enrolamentos é preferível ao sistema de sopro. Existe a possibilidade de danificar as bobinas.
• Aplique a extremidade da mangueira de um aspirador nas partes expostas dos enrolamentos.
• Para lavagem dos enrolamentos utilize produtos desengordurantes apropriados que não agridam o pacote de chapas metálicas nem o bobinado.
• Impurezas muito aderentes podem ser escovadas com suavidade (não use escova de aço). Após a limpeza, seque o estator usando estufa com temperatura controlada. Proceda posteriormente a impregnação usando algum dos métodos já citados anteriormente.
• Quando um motor fica fora de serviço por períodos prolongados, geralmente absorve umidade suficiente para reduzir a resistência de isolamento a um valor abaixo do limite recomendado pelo fabricante. A aplicação de uma temperatura com cerca de 5o C acima da ambiente é o suficiente para prevenir contra a absorção de umidade. Comumente isto é feito com o uso de resistores de aquecimento.

Se, porém, o motor tiver o enrolamento contaminado por excessiva umidade, será necessário secá-lo. Calor suficiente deve ser produzido a fim de aquecer o enrolamento à temperatura não superior a 80o C quando medida por termômetro, ou 90o C quando medida por sensor de temperatura.

Existem outros métodos de aquecimento do enrolamento. A escolha entre eles é questão de conveniência, flexibilidade, custo e disponibilidade. A aplicação de qualquer um dos métodos, em motores fechados, deve vir acompanhada do uso de ventilação forçada para remoção da umidade.

DADOS DE PLACA

Marca:     WEG.            Modelo:     B560391.          Potência:         1CV.

RPM:        1725.            Categoria:     N.                    Isolamento:     B.

Regime:     1.                 Fator de Serviço:    1,15.     Fator de Potência: 0,82 .

Frequência: 60 HZ.        Tensão: 220 / 380 V.           Corrente: 3,8 / 2,2 A.

IP/IN: 5,6.                        IP: 21.                                NI: 543093.

Temperatura................. Carcaça ....................... No série ........................

DADOS INTERNOS DO ESTATOR

Tipo de bobinado: Meio Imbricado.                        Número de ranhuras: 36.

Número de bobinas: 18.                                            Número de bobinas por polo e fase: 6.

Passo Polar (Yp) ..............................                         Passo de Bobina (Yb): 1 a 8.

Passo de Fase (Yf) ........................... Isolamento (tipo) .............................

Obs:

ENSAIOS

a) Teste de Continuidade dos enrolamentos:

1 – 4 : .............ohms 2 – 5 : .............ohms 3 – 6 : ................ohms

b) Teste de Isolamento:

1 – 4 p/ carcaça: ..............MΩ

2 – 5 p/ carcaça: ..............MΩ

3 – 6 p/ carcaça: ...............MΩ

1 – 4 p/ 2 – 5: .................. MΩ

1 – 4 p/ 3 – 6: ................... MΩ

2 – 5 p/ 3 – 6: ................... MΩ

ALIMENTAÇÃO

Tensões: .............................V Corrente a vazio: ...............A

Há no link em esboço de uma chapa de aço silício do núcleo do motor com 36 Ranhuras para uso no planejamento de distribuição das bobinas do motor a ser montado: 24_03_02 Chapa do Núcleo com 36 Ranhuras. 

Há também um esboço e um plano de trabalho para desmontar motor disponível em: 24_04_02 Motor de indução trifásico de 1 CV. 

O diagrama circular do motor meio imbricado com 4 polos e núcleo com 36 ranhuras interligado está disponível em: 24_04_03 Enrolamento Meio Imbricado Interligado 4 Polos. 

A tabela AWG com as características mecânicas e elétricas de fios magnéticos está disponível em: 24_04_11 - Tabela de Fio Magnético AWG. 

Os materiais utilizados na rebobinagem de motores estão relacionados a seguir: 24_04_01 Material para Bobinagem de Motores .

Apostila de Rebobinagem de um Motor Trifásico – Sistema Imbricado está disponível em: 24_03_10 Rebobinagem de um Motor Trifásico – Sistema Imbricado.

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2017.

Aula 45 - Enrolamento Concêntrico de Motores trifásicos

A maneira mais conveniente de associar vários condutores de um enrolamento é distribuí-los em forma de bobinas e a distribuição deve ser feita de tal modo que formem grupos. As bobinas de cada grupo são ligadas entre si, apresentando cada grupo um início e um fim, colocados uniformemente nas ranhuras do núcleo do estator para gerar o campo magnético. Os enrolamentos dos motores CA podem ter diversas formas e distribuições, dentre as quais destacamos o enrolamento concêntrico

O nome enrolamento concêntrico (ou em cadeia) é associado ao de uma corrente, devido a analogia que existe entre os grupos de bobinas (posição relativa entre eles) e os elos das correntes. No enrolamento concêntrico o formato das suas bobinas normalmente é oval e o enrolamento é constituído por grupos contendo duas, três e até mais bobinas de tamanhos diferentes (com o mesmo centro de referência).

Cada ranhura pode conter um ou mais lados de bobinas e o número de espiras por bobina em um grupo pode variar em função da distribuição nas ranhuras. Este tipo de enrolamento pode ser executado manualmente ou utilizando formas pré-moldadas ou ainda máquinas automáticas para colocação do enrolamento.

Exemplo: Rebobinagem de motor trifásico de 5 CV;  2 polos; 220/380 VAC; 14/8 A; Concêntrico com ligação tipo Série; 24 ranhuras; 2 grupos de bobinas por fase formando 4 bobinas por fase de 33 espiras cada bobina; passo do enrolamento: 1:10:12; comprimento do estator: 109 mm; diâmetro interno do núcleo: 90 mm ; Fio para o enrolamento: nº- 16 AWG ( pegue o valor da corrente em 380 V e divida por 7 - o resultado é o n°- do fio em mm², 8  /  7  =  1,14 mm², fio mais próximo 16 WAG = 1,3 mm² ).

Para a confecção, colocação e ligação das bobinas que formam o enrolamento devemos conhecer de antemão suas principais características: sendo que o Número de Bobinas é determinado em função do número de dentes do estator, número de polos e do tipo de enrolamento.

1 - O Passo Polar é determinado pela distância em dentes entre o início de duas bobinas interligadas da mesma fase. O passo polar define a região onde será concentrado um polo magnético formado por esta bobina.

2 - O Passo da Bobina é a distância em dentes compreendida entre os dois lados da mesma bobina. 

Quando o passo de bobina for igual ao passo polar, este é denominado de passo de bobina inteiro; caso seja menor que o passo polar é denominado de passo de bobina fracionário.

No projeto dos motores elétricos o passo ideal é determinado através de ensaios em laboratórios até se obter o melhor rendimento da máquina, não desprezando o custo de produção. Para calcular usamos as seguintes expressões: Enrolamento meio imbricado Yb = Yp – (2q –1) e para Enrolamento imbricado Yb = Yp – (q –1).

Os enrolamentos meio imbricado são geralmente projetados com bobinas de passo fracionário (5/6 do passo polar) pois este tamanho além de economizar material (cobre) reduz as harmônicas das f.e.m. induzidas nos enrolamentos, resultando em menores perdas por correntes parasitas e histerese.

3 - Número de Polos de um motor CA afeta diretamente sua velocidade, ou seja, de desejamos um motor com elevada rotação este deverá apresentar o mínimo de polos magnéticos. 

A maneira pela qual os grupos de bobinas são interligados também influi na formação dos polos. A equação a seguir nos fornece a relação entre as grandezas frequência da rede de alimentação, número de polos e velocidade do motor, onde: P = número de polos; f = frequência das correntes que alimentam o enrolamento (Hz) e n = velocidade síncrona (rpm).

4 - Número de Bobinas por Polo e Fase é o número de bobinas que participa da formação de cada polo, conforme o tipo de enrolamento. 

Para o enrolamento meio imbricado e enrolamento imbricado temos o cálculo a seguir. Se a interligação dos grupos de bobinas resultar em polos consequentes, o número de bobinas por polo/fase dobra de valor (observe se todos os grupos possuem o mesmo número de bobinas).

5 - Passo de Fase - Para o funcionamento perfeito do campo girante deve haver uma simetria da defasagem elétrica das fases (120 o elétricos), com a defasagem mecânica dos 3 enrolamentos. 

O início de cada enrolamento deve apresentar uma defasagem de 120 o geométricos. Isto é conseguido dividindo o total de dentes do estator por 3.

6 - Ligações - Os motores trifásicos podem apresentar desde 3 até 12 terminais, conforme as tensões de trabalho definidas pelo fabricante, sempre permitindo a inversão de rotação. A identificação dos terminais no motor trifásico pode ser feita através de números ou letras com a seguinte equivalência: 1=U; 2=V; 3=W ; 4=X; 5=Y e 6=Z.

7 - Diagrama de motores elétricos bobinado

Os desenhos de esquemas são formas de representação de um diagrama elétrico. No caso de um diagrama de motores, são formas de desenhos esquemáticos nos quais se representam bobinados de estatores e suas ligações internas de modo a demonstrar os detalhes essenciais de cada circuito. 

Os desenhos de esquemas de bobinados  podem ser: Planificados, Frontal ou circulares e Simplificados.

Desenho de esquema planificado: Os esquemas planificados representam um estator como se estivesse cortado e estirado sobre um plano, com todos os grupos de bobinas e conexões. Na figura ao lado está mostrado um esquema planificado de bobinas de um motor.

Os esquemas frontais são constituídos a partir da frente do bobinado e apresentam todas as ranhuras das bobinas. O esquema indica através de traços, a posição relativa das bobinas e suas interligações no conjunto que forma a estrutura elétrica do motor. Deve-se fazer o desenho de esquema com linhas ou traços diferentes, como linhas largas e estreitas, pontilhadas, tracejadas, etc. Pode-se também representar os traços em diversas cores partes como: Bobinados pertencentes a diferentes fases, caso do motor trifásico; Bobinados com diferentes funções, caso dos motores monofásicos com bobina de arranque e de trabalho.

Na figura acima está mostrando um esquema cicular ou frontal.

Desenho de esquema simplificado: O esquema simplificado representa todo um grupo de bobinas por apenas uma bobina ou meia bobina. Esse esquema mostra as conexões para formar as polaridades. A figura a seguir mostra um esquema simplificado de bobinado de um motor mostrando a formação de polaridade.

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2017.

Aula 44 - Energização de Motor de Passo

Os motores de passo são dispositivos eletromecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados “passos”, quando pulsos elétricos são aplicados em uma determinada sequência nos terminais deste.

Os Motores de Passo são muito utilizados em dispositivos computadorizados como drives, CD Rom, etc. Estes motores especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar continuamente, estes rotores giram em etapas discretas; os motores que fazem isso são denominados 'motores 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:

Num motor de passo, o rotor é atraído por um par de pólos do estator e a seguir, por outro. O rotor movimenta-se por etapas discretas, pausando em cada orientação, até que novo comando do computador ative um jogo diferente de eletroímãs.

Estes eletroímãs são ligados/ desligados seguindo impulsos cuidadosamente controlados de modo que os pólos magnéticos do rotor se movam de um eletroímã para outro devidamente habilitado.
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.

Aula 43 - Energização de Servomotor

Figura 1 – Servo motor industrial

A principal diferença entre um servo motor e os outros motores, tanto de corrente alternada quanto contínua, é que os servos possuem incorporado neles um encoder e um controlador. Os servomotores nada mais são do que motores comuns com controladores e encoder acoplados. 

Avançando um pouco mais na definição, um servo motor é um atuador rotativo ou linear que garante o controle, velocidade e precisão em aplicações de controle de posição em malha fechada. Outra característica que podemos citar é que o servo motor é projetado com pequeno diâmetro e longo comprimento do rotor se diferenciando dos motores convencionais. 

O servo motor trabalha com servo-mecanismo que usa um sinal de retorno de posição para controlar a velocidade e a posição final do motor. Internamente, um servo motor combina um motor com um circuito de realimentação, um controlador e outros circuitos complementares. Ele usa um codificador ou sensor de velocidade, chamado encoder, que tem a função de fornecer o sinal de retorno de velocidade e posição. 

O sinal de realimentação por sua vez é comparado com a posição de comando de entrada, posição desejada do motor correspondente a uma carga, e produz o sinal de erro, caso houver uma diferença entre eles. O sinal de erro disponível na saída do detector de erro não é suficiente para acionar o motor. Assim, o detector de erro alimenta um servo amplificador que eleva a tensão e o nível de potência do sinal de erro e então gira o eixo do motor para a posição desejada. 

Tipos de Servo Motores

Basicamente, os servo motores são classificados em CA (corrente alternada) e CC (corrente contínua), dependendo da natureza da alimentação de energia necessária para sua operação. Os servo motores CC são de imã permanente com escova e é empregado em projetos menores devido ao seu custo, eficiência e simplicidade. Já os servos CA são mais frequentemente utilizados na indústria por suportar aplicações que demandam maior potência e fornecer exatidão elevada no seu controle e baixíssima manutenção.

Figura 2 – Tipos de Servo Motores.

Os servos CA podem ser divididos em 2 categorias: Os síncronos e os de indução. Temos ainda um terceiro tipo que por sua vez é mais empregado em aplicações menores (o motor de passo). 

Servo Motor de Corrente Contínua CC

Figura 3 – Servo Motor de Corrente Continua (CC)

Um servo motor cc consiste em um conjunto de um pequeno motor de corrente contínua, um potenciômetro de realimentação, uma caixa de engrenagem e pelo circuito eletrônico do acionamento e loop de controle. Um servo motor cc é semelhante a um motor de corrente contínua normal sendo que o estator dele é constituído por uma estrutura cilíndrica e o ímã é acoplado ao interior de sua armação.

Na Figura 3 podemos visualizar o rotor do servo motor cc que consiste de escova e eixo. Um comutador e uma estrutura de suporte de metal que se encaixam no rotor, estão ligados à carcaça externa e o enrolamento de armadura é enrolado na estrutura do suporte de metal do rotor. Uma escova é construída com uma bobina do induzido que fornece a corrente ao comutador. Na parte de trás do eixo, um encoder é incorporado no rotor, a fim de detectar a velocidade de rotação.

Com esta construção de motor, fica mais simples projetar um controlador usando circuitos simples porque o torque é proporcional à quantidade de fluxo de corrente através da armadura.

Outra característica deste servo motor é que a polaridade instantânea da tensão de controle decide a direção do torque desenvolvido pelo motor. Tipos de servo motores CC incluem: motores de série, motor de derivação de controle, motor de derivação em série e motor de derivação de ímã permanente. Veja abaixo um vídeo da construção de um servo CC tipo RC para pequenas aplicações.

Princípio de Funcionamento do Servo Motor CC

Figura 4 – Partes de um Servomotor CC tipo RC

Como vimos, um servo CC é um conjunto de quatro componentes principais: motor de corrente contínua, um dispositivo de detecção de posição, um conjunto de engrenagens e um circuito de controle. A figura abaixo mostra as peças que compõem servomotores RC (o mesmo do vídeo acima) onde um motor cc pequeno é empregado para acionar a pequenas cargas com velocidade e posição precisas. 
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.

O sinal de realimentação correspondente à posição atual da carga é obtido utilizando um sensor de posição. Este sensor é normalmente um potenciômetro que produz a tensão correspondente ao ângulo absoluto do eixo do motor através do mecanismo de engrenagem. Então o valor de tensão de realimentação é aplicado na entrada do amplificador de erro (comparador).

O amplificador de erro é um amplificador de realimentação negativa e tem a função de reduzir a diferença entre suas entradas. Ele compara a tensão relacionada à posição atual do motor (obtida pelo potenciômetro) com a tensão desejada relacionada à posição desejada do motor (obtida pela largura de pulso ao conversor de tensão), e produz o erro em forma de tensão positiva ou negativa. 

Esta tensão de erro é aplicada à armadura do motor. Se o erro for maior, mais saída é aplicada à armadura do motor. Enquanto o erro existir, o amplificador amplifica a tensão de erro e, consequentemente, a energia da armadura. O motor gira até que o erro se torne zero. Se por outro lado o erro for negativo, a tensão da armadura inverte e, neste caso, a armadura gira na direção oposta. 

Servo Motor de Corrente Alternada CA

Com vimos, existem dois tipos distintos de servo motor ca: síncrono e de indução. O motor de indução (gaiola de esquilo) possui o seu motor construído de alças de fio encurtadas em uma armadura giratória. A tensão é “induzida” no rotor através de indução eletromagnética. A principal diferença do servo motor de indução com um motor de indução comum é que o rotor da gaiola do servo é construído com barras condutoras mais finas, de modo que a resistência do servo motor seja menor do que a de um motor de indução comum. Eles são robustos, versáteis e podem fornecer potência considerável, sendo mais encontrados em aplicações maiores pois não possuem bom rendimento a baixas potências. 

Figura 6 - Servomotor CA

O servo motor ca síncrono é o mais encontrado na indústria e é composto de estator e rotor. Seu estator consiste em uma estrutura cilíndrica e núcleo, sendo que a bobina de indução é enrolada em volta do núcleo do estator e a extremidade da bobina é ligada a um fio condutor através do qual é fornecida corrente ao motor. O rotor é constituído por um ímã permanente e assim o servo motor não depende do tipo de indução de corrente alternada no rotor. O servo motor ca também pode ser chamado de brushless (sem escova) por causa de suas características estruturais. 

Princípio de Funcionamento do Servo Motor CA 

Um diagrama esquemático do sistema de servo motor de indução bifásico CA é mostrado na figura abaixo abaixo:

Figura 7 - Controle de Servomotor CA

Neste nosso exemplo, para representar a posição desejada de referência, utilizamos um gerador síncrono em que ao girarmos o seu eixo, setamos a posição de referência. Funciona da seguinte forma: a entrada de referência que desejamos é dada por um ângulo teta do eixo do rotor de um gerador síncrono. O rotor do gerador síncrono por sua vez é alimentado com tensão e frequências fixas. Os três terminais do estator do gerador síncrono são então ligados aos terminais do transformador do circuito de controle. Assim, a posição angular do rotor (posicão desejada) do gerador síncrono é transmitida para o circuito de controle. 
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.

Veja na figura 2 mostramos os tipos de servoacionamento que podem ser encontrados atualmente no mercado. Abaixo, temos uma tabela 01 onde é possível visualizar as potência suportadas por cada tipo, bem como vantagens de desvantagens de cada tipo de servoacionamento.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 02/04/2016