Apostila motores

ECA 34 –MÁQUINAS ELÉTRICAS
PARA AUTOMAÇÃO
Motores Elétricos
(Edição Preliminar)
Antonio Tadeu Lyrio de Almeida
- Agosto de 2004 -

ECA 34 –MÁQUINAS ELÉTRICAS PARA
AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
APRESENTAÇÃO
Os motores elétricos são o meio mais indicado para a transformação de energia elétrica em
mecânica, em termos industriais, para acionamento das mais variadas cargas, tais como bombas,
compressores, sistemas de elevação de peso e outras.
Existe uma ampla variedade de motores elétricos disponíveis comercialmente, os quais
podem ser divididos em dois grupos, ou seja, os de corrente contínua e os de corrente alternada,
sendo que estes ainda podem ser síncronos ou de indução (assíncronos).
Os motores de indução, principalmente os trifásicos, são os mais utilizados industrialmente
e, dentre eles, o de rotor em gaiola, cujo campo de aplicação se estende, praticamente, a todo tipo de
acionamento.
Os motores de corrente contínua, por outro lado, são empregados em aplicações industriais,
nas quais se deseja um controle eficiente de velocidade.
Neste contexto, o objetivo desse texto é o de analisar esses motores (com exceção do
síncrono) e, para tanto, foi dividido em três partes básicas.
A primeira parte é composta pelos Capítulos 1 e 2, onde se fornecem os princípios básicos
do eletromagnetismo e alguns dos aspectos comuns a todos os motores elétricos, respectivamente.
A segunda parte compreende os Capítulos 3 a 8 e são abordados os motores de indução
trifásicos.
A terceira e última parte, composta pelos Capítulos 9 e 10, refere-se aos motores de corrente
contínua.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
ÍNDICE
CAPÍTULO 1: CONCEITOS BÁSICOS _____________________________________________ 1
RESUMO __________________________________________________________________________ 1
1.0 - INTRODUÇÃO _________________________________________________________________ 1
2.0 – CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTE_________________________________ 1
3.0 –TENSÃO INDUZIDA ____________________________________________________________ 2
4.0 - FORÇA DE LORENTZ __________________________________________________________ 3
5.0 - CONJUGADO OU TORQUE _____________________________________________________ 3
5.1 – Conceito de Conjugado _________________________________________________________________ 3
5.2 - Conjugado Eletromagnético ______________________________________________________________ 4
6.0 – POTÊNCIA MECÂNICA ________________________________________________________ 4
7.0 - AÇÕES MOTORA E GERADORA ________________________________________________ 5
CAPÍTULO 2: MOTORES ELÉTRICOS ____________________________________________ 7
RESUMO __________________________________________________________________________ 7
1.0 - INTRODUÇÃO _________________________________________________________________ 7
2.0 – TIPOS DE MOTORES___________________________________________________________ 7
3.0 – CARACTERÍSTICA NOMINAL __________________________________________________ 8
4.0 – POTÊNCIA ____________________________________________________________________ 9
5.0 – CONJUGADO OU TORQUE _____________________________________________________ 9
6.0 - VIDA ÚTIL DE MOTORES ELÉTRICOS _________________________________________ 10
7.0. - CLASSE DE ISOLAMENTO ____________________________________________________ 10
8.0 – GRAUS DE PROTEÇÃO MECÂNICA DOS INVÓLUCROS DOS MOTORES __________ 11
8.1 – Graus de proteção_____________________________________________________________________ 11
8.2 - Utilização de Motores em Áreas Perigosas__________________________________________________ 12

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
CAPÍTULO 3: MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS _____________________________ 14
RESUMO _________________________________________________________________________ 14
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 14
2.0 - NATUREZA E FORMAÇÃO DOS CAMPOS GIRANTES ____________________________ 14
3.0 – INVERSÃO DE DUAS FASES ___________________________________________________ 16
4.0 - VELOCIDADE SÍNCRONA _____________________________________________________ 17
5.0 – ROTAÇÃO E CAMPO GIRANTE________________________________________________ 17
6.0 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO _____________________________________________ 18
7.0 - ESCORREGAMENTO__________________________________________________________ 19
8.0 - FREQÜÊNCIA DAS GRANDEZAS DO ROTOR____________________________________ 19
CAPÍTULO 4: ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
_____________________________________________________________________________ 20
RESUMO _________________________________________________________________________ 20
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 20
2.0 - PARTES COMPONENTES DO ESTATOR ________________________________________ 22
2.1 - Carcaça _____________________________________________________________________________ 22
2.2 – Parte Ativa __________________________________________________________________________ 22
2.3 – Caixa de Terminais ___________________________________________________________________ 23
2.4 – Ligações dos Enrolamentos _____________________________________________________________ 23
2.4.1 – Tipos de ligações____________________________________________________________________ 23
2.4.2 – Marcação de terminais dos motores _____________________________________________________ 25
3.0 - PARTES COMPONENTES DO ROTOR___________________________________________ 26
3.1 – Núcleo do Rotor______________________________________________________________________ 26
3.2 – Enrolamentos ________________________________________________________________________ 26
3.2.1 – Rotor gaiola________________________________________________________________________ 26
3.2.2 – Rotor bobinado _____________________________________________________________________ 26
3.3 - Eixo________________________________________________________________________________ 27
4.0 - OUTROS COMPONENTES _____________________________________________________ 27
4.1 - Mancais_____________________________________________________________________________ 27
4.2 – Sistema de Arrefecimento ______________________________________________________________ 28
4.3 – Escovas e Porta-escovas________________________________________________________________ 29
CAPÍTULO 5: CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS ______ 30
RESUMO _________________________________________________________________________ 30
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 30

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MOTORES ELÉTRICOS
2.0 – OPERAÇÃO EM CARGA DE UM MIT ___________________________________________ 30
3.0 – GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS _____________________________________________ 31
3.1 - Potência_____________________________________________________________________________ 31
3.2 - Tensões _____________________________________________________________________________ 31
3.3 – Velocidade __________________________________________________________________________ 31
3.4 – Torque ou Conjugado__________________________________________________________________ 31
3.5 – Perdas______________________________________________________________________________ 33
3.6 – Potências Elétricas ____________________________________________________________________ 33
3.7 – Fator de Potência _____________________________________________________________________ 33
3.8 - Rendimento__________________________________________________________________________ 33
3.9 – Corrente do Estator ___________________________________________________________________ 33
Exercício de fixação _______________________________________________________________________ 34
3.10 - Fator de Serviço _____________________________________________________________________ 34
4.0 – CURVAS CARACTERÍSTICAS__________________________________________________ 35
5.0 - EFEITOS DOS DESBALANÇOS DE TENSÕES ____________________________________ 36
6.0 – FALTA DE FASE ______________________________________________________________ 37
7.0 - FLUTUAÇÕES DE TENSÕES ___________________________________________________ 38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS__________________________________________________ 38
CAPÍTULO 6: PARTIDA DE MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS _________________ 39
RESUMO _________________________________________________________________________ 39
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 39
2.0 – CONJUGADO MOTOR E ACELERADOR ________________________________________ 39
2.1 – Partida com Rotor Livre ou em Vazio _____________________________________________________ 39
2.2 – Partida com Carga ____________________________________________________________________ 40
3.0 – CORRENTE NA PARTIDA _____________________________________________________ 40
5.0 – EFEITOS DA VARIAÇÃO DA TENSÃO __________________________________________ 41
6.0 – EFEITOS DA RESISTÊNCIA DO ROTOR ________________________________________ 42
7.0 – CATEGORIAS DE DESEMPENHO ______________________________________________ 42
8.0 – PROBLEMAS CAUSADOS PELA PARTIDA ______________________________________ 43
8.1 – Motor ________________________________________________________________________ 43
8.2 – Carga e Sistema de Transmissão _________________________________________________________ 43
8.3 – Rede Elétrica e Instalações______________________________________________________________ 43
9.0 - MÉTODOS DE PARTIDA _______________________________________________________ 44
9.1 - Partida com Chave Estrela-Triângulo______________________________________________________ 44
9.2 - Chave Compensadora __________________________________________________________________ 47

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MOTORES ELÉTRICOS
9.3 - Partida com Soft-Starter ________________________________________________________________ 50
9.4 – Partida com Resistências no Rotor________________________________________________________ 51
CAPÍTULO 7: IDENTIFICAÇÃO DE MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS__________ 52
RESUMO _________________________________________________________________________ 52
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 52
2.0. - DADOS DE PLACA E DE CATÁLOGOS _________________________________________ 52
2.1. - Dados de Placa_______________________________________________________________________ 52
2.2 - Dados de Catálogo ____________________________________________________________________ 53
2.3 - Folha de Dados _______________________________________________________________________ 54
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ____________________________________________________ 54
CAPÍTULO 8: METODOLOGIAS PRÁTICAS PARA A AVALIAÇÃO DE
CARACTERÍSTICAS OPERACIONAIS ___________________________________________ 55
RESUMO _________________________________________________________________________ 55
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 55
2.0 - AVALIAÇÃO DA POTÊNCIA – MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO DA CURVA I = f(P) ___ 55
3.0 – AVALIAÇÃO DA ROTAÇÃO – MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO DA CURVA I = f(n) ___ 56
4.0 – AVALIAÇÃO DO TORQUE – MÉTODO DA LINEARIZAÇÃO DA CURVA M = f(n) ___ 57
5.0 – CURVAS CARACTERÍSTICAS__________________________________________________ 58
CAPÍTULO 9: MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA _____________________________ 60
RESUMO _________________________________________________________________________ 60
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 60
2.0 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO _____________________________________________ 60
2.1 – Motor Elementar _____________________________________________________________________ 60
2.2 – Utilização de Teclas ___________________________________________________________________ 62
2.3 – Atenuação das Oscilações de Torque______________________________________________________ 63
2.4 – Aumento dos Valores de Torque _________________________________________________________ 63
3.0 – TENSÃO INDUZIDA ___________________________________________________________ 64
4.0 - EXCITAÇÃO__________________________________________________________________ 65

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MOTORES ELÉTRICOS
5.0 - COMUTAÇÃO ________________________________________________________________ 66
6.0 - LINHA NEUTRA ______________________________________________________________ 67
7.0 - REAÇÃO DE ARMADURA______________________________________________________ 67
8.0 - PÓLOS AUXILIARES OU DE COMUTAÇÃO (INTERPÓLOS)_______________________ 68
9.0 - ENROLAMENTO DE COMPENSAÇÃO __________________________________________ 69
10.0 - CLASSIFICAÇÃO DOS MOTORES CC__________________________________________ 69
10.1 - Quanto à Aplicação___________________________________________________________________ 69
10.2 - Quanto à Posição do Eixo______________________________________________________________ 70
10.3 - Quanto ao Sistema de Excitação_________________________________________________________ 70
CAPÍTULO 10: ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA
_____________________________________________________________________________ 72
RESUMO _________________________________________________________________________ 72
1.0 - INTRODUÇÃO ________________________________________________________________ 72
2.0 - PARTES COMPONENTES DO ESTATOR ________________________________________ 74
2.1 - Carcaça _____________________________________________________________________________ 74
2.2 - Pólos Principais_______________________________________________________________________ 75
2.3 - Interpólos ou Pólos de Comutação ________________________________________________________ 75
2.4 - Enrolamentos de Campo e dos Interpólos___________________________________________________ 75
3.0 - PARTES COMPONENTES DO ROTOR___________________________________________ 76
3.1 - Armadura ___________________________________________________________________________ 76
3.2 - Comutador __________________________________________________________________________ 78
3.3 - Eixos _______________________________________________________________________________ 78
4.0 - OUTROS COMPONENTES _____________________________________________________ 79
4.1 - Mancais_____________________________________________________________________________ 79
4.2 – Sistema de Arrefecimento ______________________________________________________________ 79
4.3 – Escovas_____________________________________________________________________________ 79
4.3 - Porta - Escovas _______________________________________________________________________ 79
4.4 – Anel e Braço dos Porta-Escovas _________________________________________________________ 80

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
“A máquina, que produz abundância, tem-nos deixado
em penúria. Nossos conhecimentos fizeram-nos
céticos; nossa inteligência, empedernidos e cruéis.
Pensamos em demasia e sentimos bem pouco. Mais do
que de máquinas, precisamos de humanidade. Mais do
que de inteligência, precisamos de afeição e doçura.
Sem essas virtudes, a vida será de violência e tudo será
perdido”.
Charles Spencer Chaplin (1889 – 1977)
Considerado um dos maiores gênios do cinema,
ganhador de três prêmios Oscar e criador de Carlitos,
o imortal e impagável vagabundo. A citação acima foi
retirada do “Último Discurso” do filme “O Grande
Ditador”, uma de suas obras primas, onde ridiculariza
Adolf Hitler e o nazismo.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
CAPÍTULO 1: CONCEITOS BÁSICOS
O campo magnético envolve o condutor como
mostrado na figura 1.
RESUMO
Este capítulo apresenta os conceitos básicos e
os aspectos fundamentais relativos ao princípio de
funcionamento e utilização das máquinas elétricas.
1.0 - INTRODUÇÃO
As máquinas elétricas são conversores
rotativos que transformam energia elétrica contínua em
energia mecânica, ou vice-versa, utilizando-se dos
fenômenos da indução e conjugados eletromagnéticos.
Sendo assim, podem exercer uma ação geradora ou
motora.
Figura 1 – Campo magnético em um condutor.
O sentido do campo magnético criado pela
corrente, por outro lado, pode ser determinado pela
regra de Ampère (também conhecida como regra da
mão direita) como ilustra a figura 2.
Um motor elétrico apresenta aspectos
construtivos similares ao do gerador e, desta forma,
diferem apenas na forma de serem empregados.
A máquina atuando como motor, absorve
energia elétrica de uma fonte de energia elétrica para
desenvolver um conjugado que poderá acionar uma
carga mecânica em seu eixo. Por outro lado, o gerador
tem a velocidade de seu eixo estabelecida por uma
máquina primária, fornecendo energia elétrica como
produto final.
Observe-se que as máquinas elétricas, de uma
forma geral, são reversíveis, ou seja, um motor em
determinadas situações pode agir como gerador ou
vice-versa.
Todas as máquinas elétricas apresentam seu
princípio de funcionamento baseado nas leis da
indução e conjugado eletromagnético.
Figura 2 – Regra de Ampère ou da mão direita.
2.0 – CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR CORRENTE
Observe-se que, ao fazer circular uma
determinada corrente por um condutor enrolado em
torno de um material magnético (espiras), é possível
imantá-lo, obtendo-se um imã artificial (eletroímã ou
solenóide).
Em 1820, o físico dinamarquês Hans Christian
Oersted divulgou que havia descoberto que uma
corrente elétrica circulando por um condutor produz
um campo magnético.
Tal descoberta foi revolucionária, pois
associou a eletricidade e o magnetismo que se supunha
fenômenos distintos e sem relação.
O francês André Marie Ampère, depois de
conhecer os resultados experimentais de Oersted,
formulou uma lei que permite quantificar a indução
magnética ou a densidade do campo magnético em
função da intensidade da corrente.
________________________________________________________________________________________________
Capítulo 1: Conceitos Básicos - 1
Figura 3 – Eletroímã ou solenóide.

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MOTORES ELÉTRICOS
Observa-se que, no momento em que a bateria
era ligada ou desligada através da chave,
instantaneamente flui uma corrente pela primeira
bobina, a qual magnetiza o anel. Ao mesmo tempo,
verifica-se que a agulha da bússola dá um “salto”,
mudando de posição, como ilustrado na figura 6.
A corrente que circula pelas espiras recebe o
nome de corrente de excitação e o seu produto pelo
número total dessas espiras, é denominada de força
magnetomotriz.
De acordo com a lei de Ampère, o fluxo
magnético no eletroímã depende do material magnético
e das dimensões que é construído, além da força
magnetomotriz.
Assim, pode-se aumentar ou diminuir o fluxo,
dentro de certos limites, alterando-se a força
magnetomotriz (ou, em última análise, a corrente de
excitação). A relação gráfica entre ambas as grandezas
é conhecida por curva de saturação (ou de
magnetização).
Figura 6 – Deslocamento da agulha da bússola.
Logo em seguida, a agulha volta a sua posição
original, como na figura 7.
Figura 4 – Exemplo de curva de saturação.
3.0 –TENSÃO INDUZIDA
Figura 7 – Retorno da agulha da bússola à posição
original.Coube ao inglês Michael Faraday, onze anos
depois de Oersted e Ampère, descobrir como se obter
eletricidade a partir do magnetismo.
Faraday concluiu que a deflexão da agulha da
bússola ocorria devido à indução de uma tensão
elétrica (mais propriamente, uma força eletromotriz)
que causava o surgimento instantâneo de uma corrente
na segunda bobina.
Em 1831, Faraday construiu um experimento
semelhante ao mostrado na figura 5, onde se tem um
anel de aço, duas bobinas sem contato físico, uma
chave para ligar e desligar o circuito, uma bateria e
uma bússola.
Uma segunda experiência realizada por
Faraday, foi inserir e retirar um imã dentro de uma
bobina, cujos terminais estavam conectados a um
galvanômetro. Ao fazer isso, percebeu que a agulha do
galvanômetro se movia, como ilustra a figura 8.
________________________________________________________________________________________________
Figura 8 – Indução de tensão em bobina.Figura 5 – Experimento de Faraday.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Com tais experimentos, Faraday verificou que,
sempre que houver uma variação entre o fluxo
magnético e um circuito elétrico, nele será induzido
uma força eletromotriz (tensão induzida). Se ele estiver
fechado, ocorrerá a circulação de corrente. Portanto,
em linhas gerais, pode-se escrever a lei de Faraday
como:
“A força eletromotriz induzida em um circuito
fechado é determinada pela taxa de variação do fluxo
magnético que atravessa o circuito”.
Na última experiência descrita, verifica-se que
quando o ímã se aproxima do circuito o galvanômetro
deflete em um determinado sentido e quando ele se
afasta, a deflexão ocorre no sentido contrário.
Figura 10 - Força agindo sobre um condutor.
5.0 - CONJUGADO OU TORQUE
5.1 – Conceito de Conjugado
Quando se aplicam forças a um corpo, elas
possuem a qualidade de realizarem trabalho, função
dos deslocamentos que nele provocam.
Assim, o trabalho de uma força é definido
como o produto da intensidade da força pela extensão
do deslocamento que ela determina no corpo, quando o
deslocamento se dá na direção dessa força.Figura 9 – Deflexão do galvanômetro.
Desta forma, pode-se definir torque ou
conjugado como um momento de torção, ou seja, o
esforço (ou trabalho) que se faz para movimentar algo
em círculo, como uma porca no caso mostrado na
figura 11.
O cientista russo Heinrich Friedrich Emil
Lenz, em 1834, enunciou a chamada Lei de Lenz, que
justifica o fenômeno, ou seja:
“A força eletromotriz induzida produz uma
corrente cria um campo magnético cujo sentido se
opõe à variação do fluxo magnético original”.
4.0 - FORÇA DE LORENTZ
O holandês Hendrik Antoon Lorentz, prêmio
Nobel de Física de 1902, verificou que "toda carga
elétrica imersa num campo e dotada de velocidade, de
direção não coincidente com a direção do campo, fica
sujeita a uma força de origem eletromagnética”.
Desta forma, se um condutor imerso em um
campo com densidade (ou indução) magnética B e
percorrido por uma corrente I fica submetido a uma
força F de origem eletromagnética, cujo valor máximo
é:
Figura 11 – Conceito de torque.
Note-se que o esforço (ou trabalho) efetuado
para rosquear a porca é sempre o mesmo, mas se o
cabo da chave for segurado em pontos diferentes, a
força a ser aplicada muda, como ilustra a figura 12.F = B . I . l (1)
Onde:
l é o comprimento da parte do condutor imersa no
campo.
O sentido dessa força pode ser obtido pela
conhecida regra da mão esquerda, onde o dedo
indicador representa o campo, o dedo médio a corrente
e o polegar a força de origem eletromagnética, como
mostrado a figura 10.
________________________________________________________________________________________________
Figura 12 – Aplicação de torque em um parafuso.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
No exemplo da figura 12, verifica-se que, para
um mesmo esforço (torque) no rosqueamento, aplica-se
uma força de 10 Newton (10 N) quando a distância
entre o punho e o ponto de aplicação (ou seja, a porca)
é de 2 metros. Entretanto, se o cabo for seguro a apenas
1 metro de distância, é necessário aplicar uma força de
20 N.
Então:
M = . I (6)
Desta forma, pode-se concluir que o
conjugado eletromagnético resulta da interação entre
fluxo magnético e a corrente da parte que gira.
Desta forma, conclui-se que, quanto maior a
distância do ponto de aplicação, menor será a força a
ser aplicada para se obter o mesmo valor de torque.
Portanto, pode-se afirmar que o torque (M) é o
resultado da multiplicação do valor da força aplicada
(F) pela distância (d) do ponto de aplicação, ou seja:
6.0 – POTÊNCIA MECÂNICA
A energia se manifesta sob as mais variadas
formas e, por isso, recebe diferentes nomes, tais como:
luz (energia luminosa), som (energia sonora), calor
(energia calorífica), movimento (energia cinética),
entre outras.M = (2)dF x
Observa-se que não é fácil definir o que é
energia de maneira simples e precisa, porque ela é um
conceito muito abstrato, que abrange fenômenos
extremamente diferentes entre si. Intuitivamente,
entretanto, pode-se pensar em energia como algo que
se transforma continuamente e pode ser utilizado para
realizar trabalho.
5.2 - Conjugado Eletromagnético
Se no lugar de apenas um condutor, inserir-se
uma espira de cumprimento l percorrida por corrente I
no interior do campo magnético com fluxo , ocorre a
situação mostrada na figura 13.
Em qualquer processo, a energia nunca é
criada ou destruída, apenas transformada de uma
modalidade para outra ou outras.
Por outro lado, a “rapidez” que um máquina
ou sistema recebe ou fornece energia denomina-se
potência.
Assim, a potência pode ser definida como a
relação entre a energia (E) fornecida (ou recebida) por
uma máquina ou sistema em um determinado tempo
(t), ou seja:
P =
t
E
(7)
Figura 13 - Forças e conjugado em uma espira. Para que um corpo gire em uma volta em um
movimento circular uniforme, tem-se que o tempo
gasto é igual ao período, ou:Observando-se que surgem forças sobre
ambos os lados da espira que, separadas por uma
distância (ou passo da espira) d, desenvolvem um
conjugado M (e movimento, conseqüentemente).
t = T (8)
Assim, considerando-se a expressão (2), o
conjugado desenvolvido por uma espira com um
condutor apenas é:
A energia gasta (ou seja, o trabalho
executado) para que o corpo dê uma volta completa é:
E = F x d (9)
M = B . I . l . d (3)
Como a distância percorrida é igual ao
comprimento da circunferência, tem-se:Como, l . d é a área A da espira, tem-se:
M = B. A . I (4) d = 2 R (10)
Sabe-se, entretanto, que: Assim:
________________________________________________________________________________________________
E = F x 2 R (11)B = /A (5)

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
e:
P =
t
E
= F x 2 R
T
1
= F x R x 2 f (12)
Ou:
P = M w (13)
Ou, ainda:
P = M n (14)
7.0 - AÇÕES MOTORA E GERADORA
Note-se um fato importante no caso mostrado
na figura 13, ou seja, além do surgimento do conjugado
eletromagnético pela circulação de corrente, a espira ao
girar induz uma tensão em seus terminais. Ela é
denominada força contra eletromotriz (f.c.e.m.), pois o
seu sentido se opõe à variação de fluxo de acordo, com
a lei de Lenz.
Por outro lado, como visto anteriormente, ao
se induzirem tensões em uma espira em um circuito
fechado, ocorrerá a circulação de corrente. Essa
corrente ao circular na espira também resultará em um
conjugado eletromagnético.
Desta forma, é possível concluir que quando
ocorre uma:
a) ação geradora há a indução de tensão e,
ocorrendo a circulação de corrente, o
surgimento de um conjugado contrário ao
de giro da espira;
b) ação motora há o fornecimento de
conjugado no eixo da espira e indução de
tensão nos terminais da espira (f.c.e.m.).
Aplicados estes conceitos às máquinas
elétricas, verifica-se que as ações geradora e motora
diferenciam-se pelo sentido de transferência de
potência, ou seja:
a) Ação Motora: potência elétrica absorvida
da rede, convertida em potência mecânica
através dos fenômenos eletromagnéticos e
transmitida no eixo da máquina;
Figura 14 – Ação motora.
b) Ação Geradora: potência elétrica
fornecida à rede, convertida através dos
fenômenos eletromagnéticos da potência
mecânica, a qual é transmitida de uma
máquina primária acoplada no eixo.
Figura 15 – Ação geradora.
Considerando-se a potência mecânica
fornecida por uma máquina elétrica como positiva e a
recebida como negativa, tem-se:
a) Motor: P > 0;
b) Gerador: P < 0.
Por outro lado, sabe-se das expressões (13) e
(14) que:
P = M n = M w (15)
Adotando-se para o giro, o sentido horário
como positivo, tanto para o conjugado, quanto para a
velocidade angular, tem-se:
M > 0 (horário) ou M < 0 (anti –horário)
e
w > 0 (horário) ou w < 0 (anti –horário).
Desta forma, resultam as seguintes situações
operacionais:
a) M > 0 e w > 0; então P > 0, ação motora;
b) M < 0 e w > 0; então P < 0, ação geradora;
c) M < 0 e w < 0; então P > 0, ação motora;
d) M > 0 e w < 0; então P < 0, ação geradora.
A figura 16 esclarece o exposto.
________________________________________________________________________________________________

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Figura 16 - Situações operacionais para as máquinas elétricas.
Como citado anteriormente, toda máquina
elétrica é reversível, ou seja, em determinadas
condições podem agir como motor ou como gerador.
Observa-se que, para obter uma ou outra situação,
basta inverter o sentido do torque.
Outro aspecto importante é a constatação de
que toda ação geradora também o é de frenagem.
Assim, para frear eletricamente uma máquina agindo
como motor, basta inverter o sentido do torque
eletromagnético.
________________________________________________________________________________________________

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
CAPÍTULO 2: MOTORES ELÉTRICOS
RESUMO
Esse capítulo apresenta alguns dos aspectos
comuns a todos os motores elétricos, bem como
relaciona os seus tipos.
1.0 - INTRODUÇÃO
As máquinas elétricas atuando como motor
apresentam sobre os demais tipos de acionadores (ou
seja, fonte de energia mecânica para o acionamento)
diversas vantagens, ou seja:
a) São fabricados para qualquer potência;
b) Sua velocidade pode ser controlada
dentro de uma ampla faixa;
c) Os componentes que fazem este controle,
como, por exemplo, relés, contatores,
chaves automáticas, inversores e etc., são
todos padronizados;
d) Permitem um elevado grau de automação
dos processos industriais;
e) Os controles podem ser feitos junto ao
motor ou à distância; e,
f) São de fácil manutenção e reposição.
Em termos industriais, tais características
tornam os motores elétricos o meio mais indicado para
a transformação de energia elétrica em mecânica para
acionamento das mais variadas cargas, tais como
bombas, compressores, sistemas de elevação de peso e
outras.
Observa-se que existem vários tipos de
motores, os quais, entretanto, possuem muitos aspectos
comuns, como se analisa a seguir.
2.0 – TIPOS DE MOTORES
Existe uma ampla variedade de motores
elétricos disponíveis comercialmente, os quais podem
ser divididos em dois grupos, ou seja, os de corrente
contínua e os de corrente alternada, sendo que estes
ainda podem ser síncronos ou de indução
(assíncronos).
Os motores síncronos, por outro lado, são
muito aplicados em acionamentos de máquinas que
requerem grande potência ou naquelas aplicações em
que a velocidade da máquina deve ser mantida
constante em qualquer condição de carga. O fato de
poderem funcionar superexcitados e, com isto, fornecer
energia reativa para a instalação industrial para fins de
melhoria do fator de potência, também recomenda sua
aplicação em algumas situações.
Os motores de indução, principalmente os
trifásicos, são os mais utilizados industrialmente e,
dentre eles, o de rotor em gaiola, cujo campo de
aplicação se estende, praticamente, a todo tipo de
acionamento. A sua robustez, baixo custo, simplicidade
operacional e de manutenção, o tornam preferido para
acionar máquinas de qualquer potência. Sua principal
limitação, que residia no fato de ele ser um motor de
velocidade praticamente constante, isto é, não
proporcionar condições de um eficiente controle de
velocidade, está sendo hoje superada pelo uso
extensivo de inversores estáticos de freqüência para
fazer este tipo de controle. Um segundo tipo de motor
de indução trifásico, o de rotor bobinado ou de anéis, é
utilizado em aplicações onde se deseja manter um
elevado conjugado de aceleração, como, por exemplo,
na operação de pontes rolantes.
A figura 1 mostra um quadro sinóptico da
aplicação dos motores de indução e síncronos, em
função da potência (CV) e velocidade (rpm), onde se
pode notar a supremacia absoluta dos motores de
indução de qualquer potência para os motores de alta
velocidade (2 e 4 pólos em 60 Hz.).
Figura 1 - Quadro sinóptico de aplicação de motores de
indução e síncronos.
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Capítulo 2: Motores Elétricos - 7

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Os motores de corrente contínua são
empregados em aplicações industriais, nas quais se
deseja um controle eficiente de velocidade,
principalmente na área de siderurgia e papel. Além
disto, são amplamente utilizados em tração elétrica,
como, por exemplo, em locomotivas Diesel-elétricas
ou totalmente elétricas, metrô, grandes caminhões fora-
de-estrada e trolleybus e empilhadeiras.
Qualquer que seja o tipo, os motores de
grande potência (acima de 1000 CV) e tensão elevada
(acima de 2200 volts) são considerados especiais, isto
é, eles só são fabricados sob encomenda e sua potência
não é padronizada.
A figura 2 apresenta os diversos tipos de
motores hoje existentes comercialmente, incluindo os
de pequeno porte.
Figura 2 – “Famílias” de motores.
3.0 – CARACTERÍSTICA NOMINAL
A característica nominal é um conjunto de
valores nominais atribuídos às grandezas que definem
o funcionamento de um motor, em condições
especificadas por norma e que servem de base à
garantia de fabricantes e aos ensaios. Deve-se enfatizar
que nem sempre tais grandezas definem os limites
operacionais da máquina.
Normalmente, tais grandezas são fornecidas
pelo fabricante em folhas de dados ("data sheets")
quando solicitado pelo usuário além disto, constam da
placa de identificação dos motores ou em catálogos.
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AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Por outro lado, como visto no capítulo
anterior, na ação motora, potência elétrica absorvida da
rede, convertida em potência mecânica através dos
fenômenos eletromagnéticos e transmitida no eixo da
máquina, como ilustra a figura 3.
4.0 – POTÊNCIA
Qualquer que seja o tipo de motor, o termo
potência se refere àquela disponível em seu eixo.
Portanto a potência de um motor é a sua potência
mecânica.
A unidade de potência no SI é o Watt,
podendo, naturalmente, ser empregados os seus
múltiplos e submúltiplos.
Observa-se, entretanto, que existem outras
unidades amplamente utilizadas no meio industrial, tais
como o HP (horse power) e o CV (cavalo vapor).
As relações aproximadas entre essas unidades
são:
1 HP 746 W e 1 C.V 736 W
Por outro lado, a potência elétrica deve ser
aquela que permita a execução de trabalho e que supra
as perdas do processo de conversão de energia elétrica
para mecânica (o que produz calor). Desta forma, esta é
uma potência elétrica ativa (Pel) e se relaciona com a
mecânica (P) através do rendimento, ou seja:
=
elP
P
(1)
De qualquer modo, a potência nominal pode
ser definida como aquela que o motor pode entregar
em seu eixo, permanentemente, nas condições
nominais, sem que a temperatura dos enrolamentos
ultrapasse os limites admissíveis pela sua classe de
isolamento, como analisado mais a frente. Observe-se
que esta definição indica claramente que a potência
disponível em um motor é limitada pelo aquecimento.
Assim, nem sempre a potência nominal é o limite que
se pode extrair de um motor em condições específicas.
5.0 – CONJUGADO OU TORQUE
Como se sabe, o conjugado (ou torque) pode
ser definido como o esforço necessário para acionar
uma carga em movimento circular.
Por outro lado, como:
P = M n= 1,05 M n (2)
O torque pode ser calculado por:
M =
n
P
= 9,55
n
P
(3)
Nestas condições, se a carga absorve a
potência nominal (PN) à sua velocidade nominal (nN),
diz-se que o motor desenvolve o seu torque nominal
(MN).
Figura 3 – Ação motora.
Considerando-se o sistema ilustrado na figura
3, verifica-se que a velocidade é a mesma, tanto para o
motor quanto para a carga, pois seus eixos estão
diretamente acoplados. Além disto, sabe-se que:
P = Pc (4)
Onde:
Pc é a potência mecânica solicitada pela máquina
mecânica, a qual se constituí em uma carga para o
motor elétrico.
Utilizando-se da expressão (2) em (4), resulta:
M = Mc (5)
Onde:
M é o torque desenvolvido pelo motor; e,
Mc é o torque necessário para a carga (máquina
mecânica) efetuar seu trabalho.
Assim, pelo exposto, conclui-se que o torque
ou conjugado pode ser:
a) Motor (M), o qual corresponde ao
trabalho (ou esforço) efetuado pelo
motor elétrico; e,
b) Resistente(Mc), o qual corresponde ao
trabalho (ou esforço) efetuado pela
carga, ou seja, aquele que a carga
apresenta ao motor elétrico.
Ressalta-se que a análise da expressão (5)
revela um conceito de grande importância, ou seja, o
motor sempre fornece o torque solicitado pela carga
(se não conseguir, o eixo irá travar). Portanto, a carga
é quem determina a atuação do motor.
A figura 4 ilustra a transmissão de potência e
respectivos torques.
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AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
6.0 - VIDA ÚTIL DE MOTORES ELÉTRICOS
Figura 4 – Transmissão de potência.
Se, entretanto, emprega-se algum elemento de
transmissão (correias, correntes e engrenagens, por
exemplo) que permita que a rotação (nc) da carga seja
diferente da rotação (n) do motor elétrico, tem-se:
P = (6)
Então:
M n = x nc (7)
De onde:
M = x
n
nc
(8)
Onde:
é o rendimento da transmissão.
Quanto às unidades, existem várias delas para
o torque, tais como:
a) quilograma-força x metro (kgfm ou kgm);
b) Newton x metro (Nm);
c) libra-força x pé (lbf ft);
d) libra-força x polegada (lbf in).
As relações aproximadas entre tais unidades
são:
1 kgm = 9,81 Nm = 7,23 lb ft = 86,8 lf in
e
1 lbf ft = 12 lbf in
Observa-se que a relação entre kgm e Nm é
igual numericamente à aceleração da gravidade e, por
facilidade de conversão entre unidades, é aproximado
para 10. Desta forma, é usual empregar-se:
1 kgm 10 Nm
A isolação é um dos principais componentes
dos motores, pois permite isolar eletricamente as várias
partes das máquinas, que estão em potenciais
diferentes, uma das outras.
Dessa forma, a sua vida útil é considerada
como a do próprio motor e deve ser motivo de
constante atenção.
A vida útil da isolação é compreendida como
o tempo necessário para que os seus elementos
constituintes falhem, ou seja, que a sua força de tração
reduza-se a determinados percentuais da original. Em
outras palavras, ela se refere 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.
Observe-se que muitos fatores a afetam, tais
como umidade, esforços dielétricos excessivos e danos
mecânicos, entre outros. Entretanto, a maior causa de
envelhecimento é o sobreaquecimento.
O efeito da temperatura sobre a vida útil da
isolação tem sido objeto de repetidos estudos e, mesmo
sob condições de controle excepcionais, não foi
possível determinar-se com precisão uma relação entre
ambos. Assim, ainda hoje, é aceita a chamada lei de
Montsinger, ou seja, que se a isolação operar com 8 a
10 C acima de uma determinada temperatura limite, a
sua vida útil se reduz pela metade. Por outro lado, a
experiência mostra que, em caso contrário, a sua
duração praticamente ilimitada.
Este limite de temperatura é muito mais baixo
que a temperatura de “queima” do isolante e depende
do tipo de material empregado. Na realidade, tal
limitação se refere ao ponto mais quente da isolação e
não, necessariamente, ao enrolamento todo.
Evidentemente, basta um “ponto fraco” no interior de
uma bobina para que o enrolamento fique inutilizado.
7.0. - CLASSE DE ISOLAMENTO
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 pode suportar
continuamente sem que seja afetada sua vida útil.
Os materiais que compõem as diversas classes
são:
a) Classe Y: abrange materiais fibrosos, à base
de celulose ou seda, não imersos em líquidos
isolantes e outros materiais similares;
b) Classe A: abrange materiais fibrosos, à base
de celulose ou seda (tipicamente)
impregnados com líquidos isolantes e outros
materiais similares;
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AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
c) Classe E: abrange algumas fibras orgânicas
sintéticas e outros materiais;
d) Classe B: abrange materiais à base de
poliéster e poli-imídicos aglutinados com
materiais orgânicos ou impregnados com
estes;
e) Classe F: abrange materiais à base de mica,
amianto ou fibra de vidro aglutinados com
materiais sintéticos, usualmente silicones,
poliésteres ou epóxis;
f) Classe H: abrange materiais à base de mica,
asbestos ou fibra de vidro aglutinados
tipicamente com silicones de alta
estabilidade térmica;
g) Classe C: inclui mica, vidro, cerâmica e
quartzo sem aglutinantes.
Figura 5 - Vida estimada do motor em função da
temperatura para as classes B e F.Usualmente, os motores de indução
disponíveis no mercado são construídos com material
isolante classe B ou F. Os de classe H restringem-se a
motores de corrente contínua, onde a redução obtida
em sua massa apresenta vantagens de custo.
8.0 – GRAUS DE PROTEÇÃO MECÂNICA DOS
INVÓLUCROS DOS MOTORES
No caso da classe B, por exemplo, admite-se
uma elevação de 80 0
C a partir de uma temperatura
ambiente referência, que normalmente é de 40 0
C . Isto
significa que o isolante do motor pode operar a uma
temperatura máxima de 130 0
C, considerando-se uma
reserva de 10 0
C.
8.1 – Graus de proteção
Os invólucros dos motores são designados por
uma código que é composto de uma sigla IP, seguida
de dois dígitos, como, por exemplo, IP55.
O primeiro algarismo indica o grau de
proteção contra contatos acidentais nas partes ativas e a
penetração de corpos (sólidos) estranhos e, o segundo,
indica o grau de proteção contra a entrada de líquidos,
conforme mostrado nas tabelas 2 e 3, respectivamente.
Observe-se, entretanto, que este é um valor
médio, resultante da forma de se medir a temperatura
através da variação das resistências dos enrolamentos
do motor a quente e a frio. Naturalmente, existirão
pontos nos enrolamentos que estarão a uma
temperatura mais elevada que o valor médio
encontrado.
Dígito Descrição Sumária
Corpos que Não Devem
Penetrar
0 Não protegido Sem proteção especial
1
Protegido contra
objetos sólidos de
dimensão maior do
que 50 mm.
Grande superfície do corpo
humano como a mão.
Nenhuma proteção contra
penetração lateral.
2
Protegido contra
objetos sólidos de
dimensão maior do
que 12 mm.
Dedos ou objetos de
comprimento maior do que 80
mm cuja menor dimensão seja
> 12 mm.
3
Protegido contra
objetos sólidos de
dimensão maior do
que 2,5 mm.
Ferramentas, fios, etc. cuja
menor dimensão > 2,5 mm e
diâmetro e/ou espessura
maiores do que 2,5 mm.
4
Protegido contra
objetos sólidos de
dimensão maior do
que 1,0 mm.
Fios, fitas de largura maior do
que 1,0 mm, objetos cuja
menor dimensão seja maior do
que 1,0 mm.
5
Protegido contra
poeira e contato a
partes internas do
invólucro.
Totalmente vedado contra
poeira, mas se penetrar, não
prejudica a operação do
equipamento.
6
Totalmente protegido
contra poeira e
contato a parte
interna.
Não é esperada nenhuma
penetração de poeira no
interior do invólucro.
A tabela 1 fornece as temperaturas limites
correspondentes às classes de isolamento padronizadas.
CLASSE DE
ISOLAMENTO
A E B F H
Elevação de temperatura
média admissível, calculada
pelo método da resistência
( C)
60 75 80 100 125
Diferença de temperatura
entre o ponto mais quente e
a temperatura média ( C)
5 5 10 15 15
Temperatura ambiente ( C) 40 40 40 40 40
Temperatura admissível do
ponto mais quente ( C)
105 120 130 155 180
Tabela 1 - Temperaturas admissíveis para os
enrolamentos em função da classe de isolamento.
Observa-se que, baseando-se no exposto, a
vida estimada em função da temperatura pode ter o
comportamento dado na figura 3, para as classes B e F.
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Tabela 2 – Grau de Proteção - Primeiro Dígito.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Dígito Descrição Sumária Proteção Dada
0 Não protegido
Nenhuma proteção especial .
Invólucro aberto.
1
Protegido contra
queda vertical.
Gotas de água caindo da vertical
não prejudicam o equipamento
(condensação).
2
Protegido contra
queda de água com
inclinação de 15o
.
Gotas de água não tem efeito
prejudicial para inclinações de
até 15o
com a vertical.
3
Protegido contra água
aspergida.
Água aspergida de 60o
com a
vertical não tem efeitos
prejudiciais.
4
Protegido contra
projeções de água.
Água projetada de qualquer
direção não tem efeito
prejudicial.
5
Protegido contra jatos
de água.
Água projetada por bico em
qualquer direção não tem efeitos
prejudiciais.
6
Protegido contra
ondas do mar.
Água em forma de onda, ou
jatos potentes não tem efeitos
prejudiciais.
7
Protegido contra os
efeitos de imersão.
Sob certas condições de tempo e
pressão.
8
Protegido contra
submersão.
Adequado à submersão contínua
sob condições especificas.
Tabela 3 – Grau de Proteção - Segundo Dígito.
As normas mencionam ainda que, caso haja
alguma condição particular na indústria onde o
invólucro vai ser instalado e que necessite de proteção
especial (que não seja nem poeira nem água), o usuário
ao especificar o grau de proteção deve incluir antes dos
dois numerais, a letra “W” que indica haver alguma
proteção adicional e cujas medidas de proteção são
fruto do acordo entre fabricante e usuário. Por
exemplo, em locais de atmosfera extremamente salina,
é comum especificar-se grau de proteção IPW54.
Sendo esse “W” referente à proteção que deve ter o
invólucro contra a corrosão causada por atmosfera
salina.
Note-se que, apesar de que os algarismos
indicativos de grau de proteção possam ser combinados
de muitas maneiras, apenas alguns deles são
empregados nos casos normais, ou seja, IP21, IP22,
IP23, IP44 e IP55. Os três primeiros são motores
abertos e os dois últimos são motores blindados.
Para aplicações especiais mais rigorosas, são
comuns também os graus de proteção IPW55 (proteção
contra intempéries), IP56 (proteção contra água de
vagalhões) e IP65 (totalmente protegido contra
poeiras).
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 a padronização da produção em um único tipo
que atenda a todos os casos.
8.2 - Utilização de Motores em Áreas Perigosas
Áreas onde a presença, certa ou provável,
contínua ou intermitente, de substâncias que podem
levar a uma explosão ou incêndio, é uma das situações
mais relevantes para o a instalação de um motor
elétrico. Estas áreas são ditas como classificadas.
A norma brasileira que trata dos equipamentos
utilizáveis em áreas classificadas é a NBR 5418,
abrangendo áreas de divisão 1 e 2. A NBR 5363 trata
especificamente de equipamentos à prova de explosão
e a NB 169, dos invólucros com sobrepressão interna.
A simbologia para equipamentos que sejam
adequados para a aplicação em áreas classificadas é
composta pela sigla Ex, seguida de uma letra
minúscula, com significado particular para cada tipo
considerado.
Desta forma, tem-se:
Ex d: Motor à Prova de Explosão (à prova de chama)
É todo equipamento que está encerrado em um
invólucro capaz de suportar a pressão de explosão
interna e não permitir que esta explosão se
propague para o meio ambiente.
Cuidados devem ser tomados para manter a
temperatura em qualquer ponto baixo da
temperatura limite do grupo da área onde será
instalado o motor;
Ex p: Motor com Ventilação Canalizada
(pressurizado)
Esta técnica consiste em manter presente, no
interior do invólucro uma pressão positiva superior
à pressão atmosférica, de modo que se houver
presença de mistura inflamável ao redor do
equipamento esta não entre em contato com partes
que possam causar uma ignição;
Ex o: Equipamento Elétrico Imerso em óleo
Aparelhagem elétrica na qual todas as partes onde
fenômenos deflagrantes possam ocorrer estão
imersas em óleo e a uma profundidade tal que
superfície desde que não seja possível a ignição de
um atmosfera explosiva. Não é aplicável a motores,
mas sim a capacitores, transformadores e
disjuntores.
Ex q: Equipamentos Imersos em Areia
________________________________________________________________________________________________
Tipo de proteção aplicável a equipamentos tendo
tensão nominal não superior a 6,6 kV bem como
não tendo nenhuma parte móvel que esteja em
contato direto com a areia. O invólucro do
equipamento elétrico é preenchido com um material
de granulometria adequada de modo que em

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MOTORES ELÉTRICOS
condições de serviço, não haverá nenhum arco que
seja capaz de inflamar a atmosfera ao redor do
mesmo.
Ex e: Motores Elétricos com Segurança Aumentada
É um tipo de proteção aplicável á equipamentos
elétricos que por sua própria natureza não produz
arcos, centelhas ou alta temperatura em condições
normais de operação.
Ex i: Equipamentos e Dispositivos de Segurança
Intrínseca
Um circuito ou parte dele é intrinsecamente seguro
quando o mesmo, sob condições de ensaio
prescritas, não é capaz de liberar energia elétrica
(faísca) ou térmica suficiente para, em condições
normais (isto é, abrindo ou fechando o circuito) ou
anormais, (por exemplo, curto-circuito ou falta à
terra), causar a ignição de uma dada atmosfera
explosiva.
Ex x: Proteção Aumentada
Quando nenhuma classificação é integralmente
aplicável, por exemplo, para um motor com carcaça
“Ex e”, porém com caixa de ligação “Ex d”, o
conjunto é classificado como “Ex s”;
Ex n: Equipamento Elétrico Não Acendível
Este tipo de proteção é aplicável a equipamentos
elétricos que em condições normais de operação não
são capazes de provocar uma ignição de uma atmosfera
explosiva de gás, bem como não é provável que ocorra
algum defeito que seja capaz de causar a inflamação
dessa atmosfera.
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AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
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Capítulo 3: Motores de Indução Trifásicos - 14
CAPÍTULO 3: MOTORES DE INDUÇÃO
TRIFÁSICOS
RESUMO
Este capítulo apresenta o princípio de
funcionamento dos motores de indução trifásicos.
1.0 - INTRODUÇÃO
Os motores de indução trifásicos (MIT) são
amplamente utilizados nas mais variadas aplicações em
instalações industriais e comerciais. Eles são
adequados para uso em cargas que exigem velocidades
constantes ou variáveis (em alguns casos), ou ainda,
com as que exigem reversões e várias velocidades.
Existem muitos tipos disponíveis, os quais
cobrem uma larga faixa de características de conjugado
e podem ser projetados para operar em muitos tipos de
fontes de alimentações com diferentes combinações e
valores de número de fases, freqüências e tensões.
Além disto, são de construções simples, robusta e
exigem manutenção reduzida.
Com o barateamento dos semicondutores de
potência estes motores tornaram-se uma importante
opção aos de corrente contínua em acionamentos com
velocidades controlados. As suas principais vantagens,
neste caso, entre outras, são:
a) menor custo;
b) manutenção mais simples e menos
freqüente;
c) menor relação peso/potência;
d) potências maiores;
e) mais simples de proteger-se em ambientes
com risco de explosão;
f) inexistência de comutador; e,
g) permitem velocidades tangenciais e
potências limites superiores ao de corrente
contínua.
2.0 - NATUREZA E FORMAÇÃO DOS CAMPOS
GIRANTES
Para analisar o princípio de funcionamento
dos motores de indução trifásicos é necessário
compreender como é produzido o campo magnético, o
qual permitirá a conversão de energia elétrica em
mecânica.
Desta forma, lembrando-se que, se a um
solenóide como o da figura 1, for aplicada uma tensão
alternada senoidal, irá circular por sua bobina uma
corrente igualmente senoidal.
Figura 1 – Solenóide.
Por outro lado, sabe-se, pela lei de Ampère,
que a circulação de corrente por um enrolamento
produz uma força magnetomotriz, cuja amplitude
depende do número de espiras e da intensidade da
corrente que o causou. Como a corrente é senoidal, o
fluxo também o será e, portanto, para cada valor de
corrente corresponderá um determinado fluxo.
Adotando-se, a título de exemplo, que no
semiciclo positivo de corrente, o fluxo estará no
sentido da bobina e no negativo, no sentido contrário,
tem-se a situação ilustrada na figura 2.
Figura 2 – Notação adotada.
Se, entretanto, utilizam-se três solenóides
idênticos, é possível dispô-los espacialmente a 1200
uns dos outros, como mostrado na figura 3.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
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Figura 3 – Disposição espacial dos solenóides.
A figura 4 representa a disposição física
desses solenóides de modo esquemático.
Figura 4 – Representação esquemática da disposição
espacial dos solenóides.
Ao se efetuar uma conexão trifásica (estrela
ou delta, indiferentemente) das três bobinas e
aplicando-se aos seus terminais três tensões alternadas
senoidais com mesma amplitude e defasadas de 1200
umas das outras, ocorrerá a circulação de correntes
igualmente defasadas em 1200
no tempo em cada uma
dessas bobinas.
Como a circulação das correntes se dá pelas
bobinas defasadas em 1200
no espaço, cada uma delas
produzirá um fluxo, cujo sentido e intensidade depende
da corrente e direção definida pela localização física da
bobina.
A figura 5, a seguir, ilustra o exposto,
considerando-se para a análise nas formas de onda de
corrente, um instante genérico t1.
Figura 5 – Fluxos produzidos em cada bobina no
instante t1.
Como os três fluxos atuam na mesma região
do espaço, a sua composição originará um fluxo
resultante ou total, como mostra a figura 6.
Figura 6 – Fluxo resultante.
A figura 7 ilustra o exposto, considerando
vários instantes ao longo de um ciclo completo da onda
de corrente de uma fase.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
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a) Ondas de corrente e instantes adotados.
b) Fluxos individuais e resultantes em cada instante.
Figura 7 – Fluxos resultantes.
Pode ser demonstrado que a intensidade do
fluxo resultante neste caso é constante e igual a 1,5
vezes o máximo produzido por qualquer uma das
bobinas.
Por outro lado, analisando-se a figura 7,
verifica-se que o campo resultante ocupa uma posição
distinta no espaço a cada instante. Como sua amplitude
é constante, o lugar geométrico descrito pelas
resultantes é a cada ciclo. Assim, tem-se o campo
girante.
Figura 8 – Campo girante.
Em função do exposto, pode-se imaginar que
o campo girante é equivalente àquele que existiria entre
dois pólos que giram, como representado na figura 9.
Figura 9 – Modelo do campo girante.
3.0 – INVERSÃO DE DUAS FASES
Alimentando dois solenóides quaisquer com
duas fases trocadas em relação ao mostrado na figura 6,
também se obtêm um fluxo resultante como o da figura
10.
Figura 10 – Fluxo resultante.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
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Analisando-se os mesmos instantes mostrados
na figura 7 ilustra o exposto, o campo apresenta o
comportamento da figura 11.
Figura 11 – Fluxos resultantes com a inversão de duas
fases do alimentador.
A análise da figura 11 revela que, neste caso,
também há a formação de um campo girante, porém
com sentido contrário ao inicial, como ilustrado na
figura 12.
Figura 12 – Campo girante após a inversão de duas
fases do alimentador.
Portanto, o campo gira no sentido contrário ao
inicial quando se inverte duas das fases que alimentam
as bobinas.
Figura 13 – Modelo do campo girante com a inversão
de duas fases do alimentador.
4.0 - VELOCIDADE SÍNCRONA
Chama-se de velocidade síncrona (nS) à
velocidade de rotação do campo girante, a qual é
diretamente proporcional à freqüência da rede (f) a qual
o motor está ligado e, inversamente, ao número de
pares de pólos (p), seguindo a seguinte relação:
p
f
ns
60
= (1)
Considerando-se (1), as velocidades síncronas
mais comuns são aquelas dadas na tabela 1.
Número de
pares de pólos
ns em rpm
(f = 60 Hz)
ns em rpm
(f = 50 Hz)
1 3600 3000
2 1800 1500
3 1200 1000
4 900 750
Tabela 1 - Velocidade síncrona em rpm.
5.0 – ROTAÇÃO E CAMPO GIRANTE
De modo a facilitar a compreensão do
princípio de funcionamento dos motores, considere-se
a inserção de uma gaiola de cobre entre os solenóides
da figura 3, resultando na montagem mostrada na
figura 14.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
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Figura 14 – Solenóides e gaiola de cobre.
Como visto, ao se fazer circular três correntes
alternadas de mesma amplitude, porém defasadas de
1200
pelas bobinas desses solenóides, se origina um
campo girante.
Neste caso, o campo girante ao cruzar as
barras da gaiola, pela lei de Faraday, induz tensões.
Note-se que a gaiola é um circuito fechado, e,
em sendo assim, haverá a circulação de corrente em
cada uma de suas barra.
Por outro lado, sabe-se, pela lei de Ampère,
que cada uma dessas correntes criam um pequeno
campo em torno de si.
Desta forma, como existem várias barras, os
seus campos se compõem e se obtêm um campo
resultante (total).
Sendo assim, o pólo norte do campo girante
atraí o pólo sul do campo resultante da gaiola,
enquanto o sul do primeiro o norte do segundo. Como
o campo está girando, a gaiola acompanha seu
movimento.
A figura 15 ilustra o exposto.
Figura 15 – Campos e gaiola.
Desta forma, esse sistema pode ser imaginado
como ilustrado na figura 16.
Figura 16 – Modelo do campo girante e gaiola.
Observe-se que, necessariamente, a
velocidade de rotação da gaiola (n) é menor que a do
campo girante (ns). Se tal situação não ocorrer, não há
indução de tensões e correntes nas barras da gaiola e,
em conseqüência, não há um campo resultante, não
sendo possível a ela acompanhar o campo girante.
6.0 - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O motor de indução trifásico possui o mesmo
principio de funcionamento explanado no item anterior
e, para tanto, apresenta duas partes básicas, ou seja, o
estator e o rotor.
O estator é a parte fixa mais externa da
máquina, enquanto o rotor é a girante.
O estator possui três conjuntos de bobinas que
permitem a criação do campo girante e a existência de
um ou mais pares de pólos, o que define a velocidade
síncrona.
Figura 17 – Estator de um MIT.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
O rotor, por outro lado, possui uma gaiola (ou
enrolamentos, dependendo do tipo) que permite a
circulação de corrente e um núcleo de chapas
magnéticas, o qual pode ser imantado.
Figura 18 – Rotores de um MIT.
A figura 19 é uma representação esquemática
do rotor e campo girante, a qual permite verificar as
semelhanças com o exposto no item anterior.
Figura 19 - Princípio de funcionamento do motor de
indução trifásico.
Portanto, como o campo criado nas bobinas do
estator está girando, o rotor acompanha seu movimento
devido à indução de correntes nas barras e o
surgimento de um campo resultante correspondente.
Observe-se que tal princípio de
funcionamento, aliás, é o motivo para que esse tipo de
máquina receba o nome de motor de indução.
7.0 - ESCORREGAMENTO
Como citado, a velocidade de rotação do
rotor (n) é menor que a do campo girante (ns),
necessariamente. Esse, inclusive, é o motivo que o
motor de indução também é chamado de motor
assíncrono.
A diferença dessas velocidades em relação à
velocidade síncrona é denominada escorregamento ou
deslizamento, ou seja:
s
s
n
nn
s
-
= (2)
Observe que, em função desta definição, no
momento da partida do motor, a velocidade do rotor é
nula, então:
s = 1.
Por outro lado, quando o motor opera com
rotor livre (sem carga), a sua velocidade tende à
velocidade síncrona (porém, sempre menor). Assim:
s => 0.
Em função do exposto, tem-se:
1 (partida) > s > 0 (rotor livre)
8.0 - FREQÜÊNCIA DAS GRANDEZAS DO ROTOR
A freqüência da rede de alimentação (f) e a
velocidade síncrona (nS), como se sabe, se relacionam
pelo número de pares de pólos (p), ou seja:
60
= snp
f (3)
Porém, quando o rotor está em movimento, as
tensões e correntes serão induzidas devido à diferença
de velocidade entre o campo girante e a do próprio
rotor, ou seja:
nS - n
Desta forma, para p pares de pólos, a
freqüência das grandezas induzidas no rotor é:
60
)-(
=2
nnp
f S
(4)
Dividindo-se (4) por (3), tem-se:
s
n
nn
f
f
s
S
=
)-(
=2
(5)
Ou seja:
sff =2 (6)
Da expressão (6) verifica-se que a freqüência
da tensão induzida no rotor é igual ao produto entre o
escorregamento e a freqüência da tensão do estator.
Portanto, tem-se:
f (partida) > f > 0 (rotor livre)

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
CAPÍTULO 4: ASPECTOS CONSTRUTIVOS DOS
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
RESUMO
Apresentam-se a seguir as partes componentes
dos motores de indução trifásicos, suas descrições e
alguns dos aspectos tecnológicos envolvidos em sua
construção.
1.0 - INTRODUÇÃO
Os motores de indução trifásicos (MIT), de
uma forma geral, possuem duas partes básicas, ou seja,
o estator e o rotor.
O estator é a parte fixa mais externa da
máquina, enquanto o rotor é a girante.
O estator possui três conjuntos de bobinas que
permitem a criação do campo girante e a existência de
um ou mais pares de pólos, o que define a velocidade
síncrona.
O rotor, por outro lado, possui uma gaiola (ou
enrolamentos, dependendo do tipo) que permite a
circulação de corrente e um núcleo de chapas
magnéticas, o qual pode ser imantado. Nele será
produzido o torque motor.
A figura 1 a seguir mostra uma vista em corte
de um motor de indução trifásico com todos os seus
componentes básicos, os quais são analisados nos
próximos tópicos, enquanto a figura 2 na próxima
página uma vista explodida de um motor de grande
porte.
Figura 1 – Vista em corte de um motor de indução trifásico.
________________________________________________________________________________________________
Capítulo 4: Aspectos Construtivos dos Motores de Indução Trifásicos - 20

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MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
Figura 2 – Vista explodida de um motor de indução trifásico.

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MOTORES ELÉTRICOS
2.0 - PARTES COMPONENTES DO ESTATOR 2.2 – Parte Ativa
O estator em motores de indução trifásicos é
constituído, basicamente, por carcaça, parte ativa (ou
seja, núcleo magnético e enrolamentos) e caixa de
terminais, como ilustrado na figura 3. Na seqüência
analise-se cada um destes componentes com maiores
detalhes.
A parte ativa do estator é composta por
núcleo magnético e enrolamentos.
É importante ressaltar a sua importância, pois
o processo de conversão de energia elétrica em
mecânica depende basicamente de seu estado.
Figura 5 – Parte ativa.
O núcleo do estator propicia um caminho
adequado para a circulação do fluxo magnético, sendo
constituído de chapas de material com boas
características magnéticas e pequena espessura, de
modo a diminuir as inevitáveis perdas por histerese e
Foucault. As chapas possuem várias ranhuras para
acomodar os enrolamentos.
Figura 3 – Estator de um MIT.
2.1 - Carcaça
A carcaça é a estrutura que suporta os demais
componentes do estator e compõe o circuito magnético.
Contêm a base, o que permite uma fixação rígida,
evitando deslocamentos do motor em operação.
O material da carcaça é normalmente o ferro
ou o aço fundido (máquinas antigas) ou, então, o aço
laminado (máquinas modernas). O aço laminado,
entretanto, oferece melhores qualidades magnéticas do
que o ferro e o aço fundido resultando em menores
perdas no circuito magnético, resistência mecânica e
uniformidade da estrutura.
Figura 6 – Exemplo de chapa do núcleo e ranhuras.
Os enrolamentos são três conjuntos de
bobinas geometricamente defasadas entre si de 1200
,
que podem estar conectados em delta ou estrela,
permitindo a condução de corrente.
Os condutores das bobinas são recobertos com
vernizes isolantes, enquanto todo o conjunto é,
geralmente, isolado do núcleo com papel isolante.
________________________________________________________________________________________________
A figura 7 ilustra o exposto.Figura 4 – Carcaça de um MIT – Exemplo.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
2.3 – Caixa de Terminais
A caixa de terminais é composta por uma
placa de bornes de material isolante e parafusos, sendo
colocada na carcaça dos motores para facilitar a
instalação dos condutores conectados à rede elétrica.
Figura 7 – Ranhuras do núcleo para alojamento dos
enrolamentos.
Uma parte dos enrolamentos fica externa ao
núcleo, compondo a chamada cabeça de bobina,
exemplificada na figura 8.
Figura 10 – Caixa de terminais.
2.4 – Ligações dos Enrolamentos
A grande maioria dos motores é fornecida
com terminais dos enrolamentos que possibilitam a sua
religação em, pelo menos, duas tensões diferentes. Para
tanto, estão disponíveis em 3, 6, 9 ou 12 terminais ou
pontas externas, conforme a necessidade da planta
industrial.
2.4.1 – Tipos de ligações
Os principais tipos de ligações, ou religações,
de motores de indução trifásicos para operação em
mais de uma tensão são:
a) ligação estrela-triângulo;
b) ligação série-paralela;
c) tripla tensão nominal.Figura 8 – Cabeça de bobina.
________________________________________________________________________________________________
A ligação estrela-triângulo exige 6 terminais
no motor e é aplicável para quaisquer tensões nominais
Observe-se na figura 8 que os enrolamentos
são recobertos por uma resina isolante.

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MOTORES ELÉTRICOS
duplas, desde que a segunda seja igual à primeira
multiplicada por 3.
Nesta situação, se as três fases forem ligadas
em triângulo, em cada uma delas será aplicada a tensão
da linha como, por exemplo, 220 V. Se, entretanto, o
motor for ligado em estrela, pode-se aplicar uma tensão
de linha igual a 3 a inicial, ou 220 x 3 = 380 V no
exemplo, sem alterar a tensão no enrolamento que
continua igual a inicial por fase.
Este tipo de ligação é bastante utilizado para
partir o motor, ligando-o inicialmente em estrela e,
após a aceleração, religando-o em triângulo.
Figura 11 – Ligações série-paralela em estrela (9
terminais).
Figura 10 – Ligação delta - estrela (6 terminais).
Na ligação série-paralela, o enrolamento de
cada fase é dividido em duas partes.
Ligando-se tais partes em série, cada uma
delas ficará submetida à metade da tensão de fase
nominal do motor.
Por outro lado, ligando-se as duas metades em
paralelo, o motor poderá ser alimentado com uma
tensão igual à metade da anterior, sem que se altere a
aplicada em cada bobina.
Este tipo de ligação exige 9 terminais no
motor e a tensão nominal (dupla) mais comum é
220/440V, ou seja, o motor pode operar na ligação
paralela quando alimentado com 220V e na ligação
série quando alimentado em 440V.
________________________________________________________________________________________________
Figura 12 – Ligações série-paralela em delta (9
terminais).
As figuras 11 e 12 ilustram o exposto para as
conexões estrela e delta, respectivamente.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Observe-se que, como o número de pólos é
sempre par, este tipo de ligação é sempre possível e,
além disto, ela é aplicável para quaisquer outras duas
tensões, desde que uma seja o dobro da outra como,
por exemplo, 230/460V.
2.4.2 – Marcação de terminais dos motores
Os terminais (ou pontas) dos motores
brasileiros são numerados seqüencialmente.
Considerando-se o motor com maior número
de terminais, ou seja, 12, a numeração padronizada é a
mostrada na figura 14.Ainda é possível combinar os dois casos
anteriores. Nesta situação, o enrolamento de cada fase
é dividido em duas partes para ligação série-paralela.
Além disso, todos os terminais são acessíveis para
possibilitar ligar as três fases em estrela ou triângulo.
Deste modo, existem quatro combinações
possíveis, ou seja:
a) a primeira tensão nominal corresponde à
ligação triângulo paralelo;
b) a segunda, à estrela paralela, sendo igual
a 3 vezes a primeira;
c) a terceira corresponde à ligação triângulo
série, valendo o dobro da primeira;
d) a quarta é correspondente à ligação estrela
série, valendo 3 vezes a terceira. Esta
tensão é maior que 600 V e, portanto, é
indicada apenas como referência de
ligação estrela triângulo. Figura 14 – Numeração de terminais.
No caso da figura 14, nota-se que os números
1 e 4 correspondem a uma bobina que se encontra na
mesma fase da bobina identificada pelos terminais com
números 7 e 10. O mesmo é válido para as demais
fases e, portanto, tem-se:
Note-se que este tipo de ligação exige 12
terminais. A figura 13 ilustra o exposto.
a) Uma fase (fase X na figura 2) possui
as bobinas com os terminais 1-4 e 7-
10;
b) A segunda fase (fase Y na figura 2)
possui as bobinas com terminais 2-5 e
8-11;
c) A terceira fase (fase Z na figura 2)
possui as bobinas com terminais 3-6 e
9-12;
As ligações à rede são executadas nos
terminais com os números de menor valor de cada fase,
enquanto os de maior serão utilizados para o
fechamento da ligação.
Desta forma, para ligar um motor com seis
terminais em estrela, ele deve ter os terminais 1, 2 e 3
conectados à rede e os terminais 4, 5 e 6 curto-
circuitados, como ilustra a figura 15.
________________________________________________________________________________________________
Figura 15 – Ligação Y de um motor com seis pontas.Figura 13 – Conexões para tripla tensão (12 terminais).

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
Ressalta-se que existem outros formatos de
ranhuras, os quais dependem da característica de
operação do motor.
3.2 – Enrolamentos
Os enrolamentos do rotor podem ser
formados por barras curto-circuitadas por dois anéis ou
por bobinas semelhantes às do estator.
No primeiro caso, tem-se que o motor possui
rotor do tipo gaiola de esquilo (ou gaiola, apenas) ou
em curto-circuito, enquanto que, no segundo, o rotor é
do tipo bobinado ou de anéis.
Figura 16 –Caixa de terminais de um motor com seis
pontas ligadas em Y.
Observe-se que, se o motor possuir mais que
seis pontas, os terminais 7, 8 e 9 deverão ser ligados à
rede ou aos terminais 4, 5 e 6, respectivamente.
3.2.1 – Rotor gaiola
O rotor em gaiola é o tipo mais utilizado.
Nele, os enrolamentos (ou bobinas) são constituídos
por barras de cobre ou alumínio colocadas nas ranhuras
do núcleo, curto-circuitadas em suas extremidades por
anéis.
Quando se conecta o motor do modo descrito
e ele gira no sentido horário olhando-se de frente para
o eixo tem-se a ligação de fases com seqüência positiva
e, portanto:
a) Fase X = Fase R ou Fase A;
b) Fase Y = Fase S ou Fase B;
c) Fase Z = Fase T ou Fase C.
Se o contrário ocorrer, o motor foi ligado na
seqüência de fases invertida.
Note-se que as ligações mostradas nas figuras
10 até 13 utilizaram a marcação como exposto.
3.0 - PARTES COMPONENTES DO ROTOR
O rotor é composto pelo eixo, por um núcleo
magnético e por enrolamentos que permite a circulação
de correntes, como relatado a seguir.
3.1 – Núcleo do Rotor
O núcleo do rotor também possui a função de
propiciar um caminho adequado para a circulação do
fluxo magnético, sendo constituído de chapas de
material com boas características magnéticas e pequena
espessura, de modo a diminuir as perdas por histerese e
Foucault. As chapas possuem várias ranhuras para
acomodar os enrolamentos ou as barras, conforme o
tipo de rotor.
Figura 18 – Rotor gaiola.
Em alguns rotores as barras são levemente
inclinadas, o que permite reduzir o ruído durante o
funcionamento.
3.2.2 – Rotor bobinado
________________________________________________________________________________________________
No rotor bobinado, os enrolamentos possuem
três bobinas ligadas em estrela, constituídos de fios de
cobre esmaltado. As extremidades de cada uma delas éFigura 17 – Exemplo de chapa do rotor e ranhuras.

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MOTORES ELÉTRICOS
soldada em anéis coletores, de modo que, por meio de
escovas fixas na carcaça, pode-se ter acesso ao circuito
elétrico do rotor. Desta forma, pode-se inserir
resistências externas em série com o rotor, o que
possibilita o controle da velocidade do motor.
4.0 - OUTROS COMPONENTES
Existem muitos outros componentes, sendo os
principais analisados a seguir.
4.1 - Mancais
Os mancais são elementos mecânicos
destinados à fixação do eixo às partes da máquina.
Deve-se evitar que ocorra um desgaste excessivo nos
mancais, o que pode levar o rotor a tocar as partes fixas
na máquina com a conseqüente destruição da mesma.
Além de evitar este problema, o mancal deve ser
preciso o bastante para garantir um entreferro
uniforme.
Em máquinas de pequeno porte, os mancais
são de rolamento de esferas ou rolos cilíndricos,
lubrificados a graxa ou óleo.
Os mancais de rolamentos são utilizados em
larga escala. São facilmente disponíveis e
internacionalmente padronizados.
Figura 19 – Rotor bobinado.
A figura 22 apresenta um exemplo para um
motor em corte.
Figura 20 – Anéis coletores.
Figura 22 – Mancal de rolamento – Exemplo.
Para níveis de carga ou rotação elevadas e
presença de grande força de impacto, entretanto,
empregam-se os mancais de deslizamento (buchas
radiais).
Figura 21 – Escovas e anéis coletores.
3.3 - Eixo
O eixo é o elemento mecânico responsável
pela sustentação da parte ativa do rotor e também é
através dele que se torna possível acoplar o motor à
carga a ser acionada.
________________________________________________________________________________________________
Figura 23 – Mancal de bucha.

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MOTORES ELÉTRICOS
4.2 – Sistema de Arrefecimento
Como visto anteriormente, a vida útil do
motor depende da temperatura, a qual não deve superar
os limites estabelecidos para a classe de isolamento.
Assim, é necessário empregar-se algum
método para o arrefecimento.
Para tanto, os motores de indução podem
utilizar ventilação interna, externa, trocadores de calor
e, ainda, ventilação independente.
Para a denominada ventilação interna
emprega-se um ventilador (ou ventoinha) fixo ao eixo
do motor, junto ao núcleo do rotor. Nessa situação, as
pás da ventoinha expulsam o ar quente de dentro do
motor e fazendo com que o ar frio penetre em seu
interior.
Figura 24 – Ventilação interna.
Na ventilação externa, o ventilador é fixado
ao eixo do motor, externamente à parte ativa do estator.
Desta forma, o rotor, ao girar, provoca o deslocamento
de ar quente através das aletas da carcaça, aumentando
a área de dissipação.
Figura 25 – Ventilação externa.
Observe-se que em ambos os sistemas
apresentados, sempre que houver uma diminuição da
rotação, ocorrerá a queda do fluxo de ar refrigerante.
De forma a evitar situações como esta, pode-se
empregar ventilação independente, como ilustrado na
figura 26.
Figura 26 – Ventilação independente.
Por outro lado, muitas vezes é necessário
utilizar trocadores de calor (radiadores) para que haja
uma dissipação de calor eficiente em grandes motores.
Figura 27 – Motor de grande porte com trocador de
calor.
________________________________________________________________________________________________
Observe-se que existem motores totalmente
blindados, os quais não possibilitam a utilização dos
sistemas de arrefecimento descritos. Nesses casos, os
motores possuem dimensões maiores que os
equivalentes de mesma potência e velocidade. É
necessário que haja mais massa para armazenar calor e
maior superfície para a troca de calor, de modo que a
temperatura não se eleve além do desejável.

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MOTORES ELÉTRICOS
4.3 – Escovas e Porta-escovas
Esses componentes apenas são necessários nos
motores de anéis.
As escovas são as partes que fazem o contato
elétrico entre o rotor e o circuito externo à máquina. O
material empregado em sua composição deve ser, além
de condutor, macio o suficiente para não desgastar
precocemente o anel coletor. Assim, normalmente são
fabricadas de carbono, contendo carbono amorfo,
carbono grafítico e pó metálico. Misturando-se estas
substâncias de formas diferentes têm-se os diversos
tipos de composição de escovas.
Os porta-escovas são utilizados para manter
as escovas na posição adequada e com uma
determinada pressão sobre o comutador. São muitas e
variadas as formas dos porta-escovas, mas
fundamentalmente elas possuem uma caixa de guia
onde desliza a escova e uma mola que a pressiona
contra o anel coletor.
Figura 28 – Exemplo de escovas e porta-escovas em
MIT com rotor bobinado.
________________________________________________________________________________________________

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MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
Capítulo 5: Características dos Motores de Indução Trifásicos - 30
CAPÍTULO 5: CARACTERÍSTICAS DOS
MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS
RESUMO
O objetivo desse capítulo é o de fornecer
subsídios para a análise do MIT em regime de
operação permanente. Desta forma, são apresentadas
várias grandezas curvas e equações que definem o seu
funcionamento.
1.0 - INTRODUÇÃO
O comportamento operacional de um motor de
indução trifásico em regime permanente é definido por
um conjunto de grandezas eletromecânicas e térmicas.
Sendo assim, ele apresenta valores definidos de
rendimento, fator de potência, corrente absorvida,
velocidade, conjugado (torque) desenvolvido, perdas e
elevação de temperatura em função da potência exigida
pela carga em um dado instante e das condições do
alimentador.
Observe-se que as relações entre essas
grandezas são chamadas de características de
desempenho do motor.
O conhecimento dessas características é
interessante, pois permite determinar o comportamento
de um motor novo ou reformado quando estiver em
regime permanente, bem como dos parâmetros
operativos que podem ser esperados. Desta forma,
permite monitorar o motor.
2.0 – OPERAÇÃO EM CARGA DE UM MIT
No texto a seguir, considera-se um MIT
alimentado com três tensões senoidais equilibradas, ou
seja, com o mesmo valor eficaz e defasamentos de 1200
umas das outras.
Desta forma, pode-se afirmar que, como
analisado anteriormente, um motor em operação
sempre fornece o torque solicitado pela carga (se não
conseguir, o eixo irá travar). Portanto, é a carga que
determina o comportamento do motor.
A figura 1 relembra, por conveniência, o
principio (analisado no Capítulo 2) da transmissão de
potência do motor para a carga.
Figura 1 – Transmissão de potência.
Note-se que, se a carga exigir uma
determinada potência, o motor deverá fornecer o torque
solicitado a uma certa velocidade. Assim, é necessário
que absorva potência elétrica do alimentador que possa
ser transformada em trabalho, ou seja, potência ativa.
A relação entre ambas as potências, como
visto, é denominado rendimento.
Por outro lado, para que seja possível criar o
campo girante, o motor deve receber, necessariamente,
potência reativa do alimentador.
Como se sabe, a composição de ambas as
potências resulta na potência aparente ou total. A
relação entre as potências ativa e a total é o fator de
potência.
Além disto, naturalmente, o fornecimento da
potência total a uma determinada tensão, implica na
circulação de uma determinada corrente pelos
enrolamentos do motor.
Em função do exposto, ao se variar a carga do
motor e mantendo-se a tensão do alimentador
constante, alteram-se várias grandezas, ou seja, o
torque, a velocidade, a corrente, o fator de potência e o
rendimento.
As relações entre essas grandezas são
chamadas de características de desempenho do motor.
Observe-se que o conjunto de valores
nominais atribuídos a estas grandezas, em condições
especificadas por norma e que servem de base à
garantia de fabricantes e aos ensaios, constitui a
denominada característica nominal do motor. Portanto,
cada uma das grandezas citadas possui um valor
nominal, que, entretanto, nem sempre definem os
limites operacionais da máquina.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
3.0 – GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS
3.1 - Potência
Como citado anteriormente, o termo potência
se refere àquela disponível no eixo de um motor de
indução trifásico, ou seja, é a sua potência mecânica.
A potência nominal (PN), por outro lado, é
aquela que o motor pode entregar em seu eixo,
permanentemente, nas condições nominais, sem que a
temperatura dos enrolamentos ultrapasse os limites
admissíveis pela sua classe de isolamento.
As unidades de potência mais comuns são o
"CV", o "HP" e o "kW", sendo:
1 kW = 0,736 CV = 0,746 HP.
3.2 - Tensões
As tensões empregadas na alimentação dos
MIT’s, como se sabe, são alternadas e trifásicas.
Observe-se que, quaisquer referências se
façam a tais tensões, elas sempre serão relativas aos
seus valores eficazes.
A tensão nominal (UN) é aquela da rede de
alimentação para a qual o motor foi projetado, não
necessariamente para a qual o motor foi isolado.
São possíveis várias tensões nominais, ou seja,
a grande maioria dos motores em baixa tensão possuem
terminais dos enrolamentos religáveis, como exposto
em capítulo anterior, possibilitando o funcionamento
com, pelo menos, duas tensões distintas.
Em média tensão, normalmente, são acessíveis
apenas três terminais e os enrolamentos estão ligados
em estrela de forma a facilitar o isolamento (por
exemplo, para 4.160 V, a tensão aplicada ao
isolamento de uma fase é de aproximadamente, 2.402
V). As tensões mais usuais para esta faixa são 2.300 V,
4.160 V e 6.600 V. Em 13.800 V, por exemplo, o custo
do motor aumenta excepcionalmente.
3.3 – Velocidade
O termo velocidade ou rotação do motor (n)
refere-se àquela que o rotor desenvolve sob
determinadas condições e que, como se sabe,
necessariamente, é menor que a do campo girante (ns).
Por outro lado, como definido anteriormente,
a diferença dessas velocidades em relação à síncrona é
o escorregamento, ou seja:
s
s
n
nn
s
-
= (1)
Desta forma, a rotação desenvolvida para uma
situação qualquer, pode ser obtida a partir do
escorregamento, ou seja:
)-1(= snn s (2)
A velocidade ou rotação nominal (nN) é
aquela em que o rotor gira quando se opera com
potência, tensão e freqüência nominais.
Observe-se que, em geral, a rotação nominal
assume valores próximos daqueles correspondentes à
velocidade síncrona (nS).
Desta forma, conhecendo-se a rotação e a
freqüência nominal, facilmente se determina a
velocidade síncrona e o número de pólos.
Por exemplo, para um motor com rotação
nominal de 1750 rpm e freqüência de 60 Hz, o valor
maior mais próximo de velocidade síncrona é 1800
rpm e, portanto, o número de pares de pólos é igual a 2,
pois como:
60
= spn
f (3)
Então:
2=
1800
60.60
=
60
=
Sn
f
p (4)
Pelo exposto, conclui-se que o
escorregamento nominal (sN) é próximo de zero e pode
ser calculado por:
S
NS
N
n
nn
s
-
= (5)
A rotação nominal pode ser obtida a partir do
escorregamento nominal através de:
)-1(= NsN snn (6)
3.4 – Torque ou Conjugado
O torque ou conjugado, como exposto, pode
ser definido como o esforço necessário para acionar
uma carga em movimento circular e pode ser
calculado, considerando-se a potência em W e a
rotação em rpm, através de:
M = 9,55
n
P
(7)
Quando o motor fornece a potência nominal
(PN) à sua velocidade nominal (nN), diz-se que ele
desenvolve o seu torque nominal (MN).
Desta forma, de (7) têm-se:
MN = 9,55
N
N
n
P
(8)
A figura 2 apresenta o comportamento típico
do torque ou conjugado em função da velocidade e do
escorregamento desde o instante da partida até a
operação sem carga no eixo (rotor livre ou em vazio).

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
Figura 2 - Característica M = f (n) – Exemplo.
Verifica-se na figura 2 que há muitos outros
valores de interesse para o conjugado na operação do
motor além do nominal, ou seja:
Mp - Conjugado de partida do motor alimentado com
tensão e freqüência nominal;
Mk - Conjugado máximo, o qual é o maior conjugado
desenvolvido com tensão nominal sem uma
mudança abrupta da velocidade
Além disto, observa-se que o motor de
indução apresenta torque nulo na velocidade síncrona,
pois, nesta condição, como se sabe, não há indução de
correntes no rotor.
A curva ainda permite concluir que, à medida
que se aumenta a carga no eixo do motor, a partir da
condição de rotor livre, a sua rotação diminui de um
valor próximo da síncrona (ns) até o ponto
correspondente ao torque máximo (nK).
Se houver qualquer acréscimo de carga além
desse ponto, a tendência é que a rotação caia
bruscamente, podendo em algumas situações travar o
rotor.
Em função do exposto, tem-se que a região de
operação estável do motor é a compreendida entre nK e
ns.
Figura 3 – Região de operação estável do MIT.
O ponto de operação em regime permanente,
portanto, deve estar na região citada. Como um motor
em operação sempre fornece o torque solicitado pela
carga, tal ponto corresponde àquele em que as curvas
de conjugado de ambos coincidem.
Nas figuras 4 a 6, a título de esclarecimento,
apresentam-se os pontos de operação quando o motor
aciona uma carga com conjugado constante igual
(como, por exemplo, o levantamento de peso em uma
ponte rolante), menor e maior que o nominal
respectivamente.
Figura 4 - Carga com conjugado constante e igual ao
nominal do motor.
Figura 5 - Carga com conjugado constante, menor que
o nominal do motor.
Figura 6 - Carga com conjugado constante, maior que o
nominal do motor.

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
A velocidade do ponto de operação (nop nas
figuras 4, 5 e 6) pode ser obtida a partir do
escorregamento pela expressão (2).
3.5 – Perdas
A conversão de energia elétrica em mecânica
é acompanhada de inevitáveis perdas na forma de
energia térmica, o que, em conseqüência, resulta em
aquecimento de suas partes componentes.
Nos motores de indução trifásicos, as perdas
podem ser classificadas em:
a) Perdas por efeito Joule nos enrolamentos
do estator;
b) Perdas por efeito Joule nos enrolamentos
do rotor;
c) Perdas no núcleo (histerese e Foucault);
d) Perdas por atrito e ventilação; e,
e) Perdas adicionais.
A soma dessas perdas são as perdas totais
(PeT)
3.6 – Potências Elétricas
O alimentador deve fornecer para um motor
em operação, tanto a potência necessária para suprir as
perdas, quanto àquela que fornecerá no eixo. Como o
valor absorvido será transformado em calor ou
trabalho, esta potência é chamada de ativa (Pel).
Por outro lado, para se criar o campo girante, é
necessário também a absorção de potência, a qual é
denominada reativa (Q).
A potência elétrica total ou aparente (S)
absorvida junto ao alimentador, portanto, é composta
por essas duas parcelas, ou seja:
22
+= QPelSN (9)
Nas condições nominais, tem-se:
22
+= NNN QPelS (10)
3.7 – Fator de Potência
O fator de potência (cos ) indica o quanto de
potência ativa o motor absorve em uma determinada
condição relativamente à potência total, ou seja:
cos =
S
P
(11)
Nas condições nominais, portanto:
cos N =
N
N
S
P
(12)
3.8 - Rendimento
O rendimento ( ) de um motor indica o
quanto de potência mecânica que o motor disponibiliza
no eixo relativamente à potência elétrica ativa
absorvida junto ao alimentador, ou seja:
=
elP
P
(13)
Como:
Tel PePP += (14)
Tem-se:
PPeT )1-
1
(= (15)
Se as condições de operação do motor forem
as nominais, o rendimento é:
N =
Nel
N
P
P
(16)
E as perdas totais nas condições nominais
(PeTN) são:
N
N
TN PPe )1-
1
(= (17)
3.9 – Corrente do Estator
O termo corrente (I) refere-se ao valor eficaz
daquela absorvida pelo estator para uma determinada
situação operacional do motor e pode ser calculada por:
cos3
=
U
P
I (18)
A corrente nominal (IN), por outro lado, é
aquela absorvida pelo estator junto ao alimentador
quando o motor opera com potência, tensão e
freqüência nominais.
Ela pode ser calculada através de:
cos3
=
NNN
N
N
U
P
I (19)

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
Observe-se que, quando o motor gira sem
carga, a corrente absorvida junto à rede é a de rotor
livre (I0), também conhecida por corrente em vazio.
Embora este último termo seja mais apropriado para
corrente absorvida quando o circuito do rotor estivesse
aberto, eles são amplamente utilizados como
sinônimos, talvez por analogia com os
transformadores. Normalmente, os seus valores se
situam entre 20 e 40% da corrente nominal.
Exercício de fixação
Considere-se um motor de indução trifásico
com as seguintes características nominais:
PN = 3 CV; UN = 220 V; nN = 1747 rpm;
fN = 60 Hz; N = 0.82; cos N = 0,76.
Calcular:
a) Corrente nominal;
b) Torque nominal;
c) Rotação síncrona;
d) Pares de pólos;
e) Escorregamento nominal; e,
f) Perdas totais nas condições nominais.
Solução:
a) Cálculo da corrente nominal:
Para calcular a corrente nominal
emprega-se a expressão (19) e, assim:
cos3
=
NNN
N
N
U
P
I
0,76x0,82x202x3
736x3
=NI
A,39=NI
b) Cálculo do torque nominal:
Para calcular o torque nominal emprega-
se a expressão (8) e, assim:
MN = 9,55
N
N
n
P
7471
736x3
9,55=NM
MN = 12 Nm
c) Cálculo da rotação síncrona:
Como a rotação nominal é de 1747 rpm e
freqüência de 60 Hz, o valor maior mais
próximo de velocidade síncrona é 1800
rpm.
d) Cálculo do número de pares de pólos:
Sendo a velocidade síncrona é de 1800
rpm e a freqüência nominal de 60 Hz,
calcula-se o número de pares de pólos
pela expressão (4), ou seja:
2=
1800
60.60
=
60
=
Sn
f
p
e) Cálculo do escorregamento nominal:
Para calcular o escorregamento nominal
emprega-se a expressão (5) e, assim:
S
NS
N
n
nn
s
-
=
1800
7471-8001
=Ns
0294,0=Ns
f) Cálculo das perdas totais nas condições
nominais.
Para calcular a perdas totais nas
condições nominais emprega-se a
expressão (17) e, assim:
N
N
TN PPe )1-
1
(=
736x3x1)-
82,0
1
(=TNPe
kW0,486=W486=TNPe
3.10 - Fator de Serviço
Chama-se fator de serviço (FS) ao
multiplicador que, aplicado à potência nominal, indica
a carga permissível que pode ser aplicada
continuamente ao motor.
Note-se que se trata de uma sobrecarga
contínua, ou seja, de uma reserva de potência que dá ao
motor uma capacidade de suportar o funcionamento em
condições desfavoráveis.
O fator de serviço não deve ser confundido
com a capacidade instantânea de sobrecarga. Em outras
palavras, um motor com FS = 1,0 significa que o motor
não foi projetado para trabalhar continuamente com
potências acima da nominal, mas, deve suportar a
sobrecarga de 60% em 15 s, por exemplo.
Geralmente fatores de serviço são
especificados:

AUTOMAÇÃO
MOTORES ELÉTRICOS
________________________________________________________________________________________________
a) Quando há problemas de espaço: um motor
de determinada potência tem dimensões
superiores ao do local da instalação assim,
utiliza-se um de menor potência com um
fator de serviço adequado;
b) Para permitir uma provável sobrecarga
futura devido a mudanças no processo ou
aumento da produção;
c) Para permitir uma faixa de segurança
quando da determinação tanto da potência
como da proteção do motor;
d) Para obter um aquecimento menor que o
nominal quando o motor opera a plena
carga, aumentando o tempo de vida do
motor.
A norma NBR 7094 fornece o fator de serviço
em função da velocidade síncrona e da potência
nominal, conforme mostra a tabela 1.
Potência Nominal
Velocidade Síncrona
(rpm)
CV kW 3600 1800 1200 900
1/20 0.039 1.4 1.4 1.4 1.4
1/12 0.06 1.4 1.4 1.4 1.4
1/8 0.08 1.4 1.4 1.4 1.4
1/6 0.12 1.35 1.35 1.35 1.35
1/4 0.18 1.35 1.35 1.35 1.35
1/3 0.25 1.35 1.35 1.35 1.35
1/2 0.37 1.25 1.25 1.25 1.15
3/4 0.55 1.25 1.25 1.25 1.15
1 0.75 1.25 1.25 1.15 1.15
Entre 1,5 e
200
Entre 1,1 e
150
1.25 1.15 1.15 1.15
Tabela 1 - Fatores de Serviços, conforme [1].
Observe-se que o fator de serviço só é
aplicado aos motores de classe de isolamento A, B e F
e a tabela àqueles de categoria N e H.
Entretanto, de uma forma geral, tem-se que o
fator de serviço será:
a) FS = 1,00, para motores encapsulados e para
propósitos especiais;
b) FS = 1,15, para motores com potência acima
de 3 CV;
c) FS = 1,20, para motores com potência entre
1 e 3 CV;
d) FS = 1,25, para motores com potência
menores que l CV.
É interessante notar que, se seguidas estas
definições, o motor possuirá uma potência nominal
maior que a declarada.
4.0 – CURVAS CARACTERÍSTICAS
O desempenho de um motor em operação
pode ser aferido por suas curvas características, as
quais apresentam o comportamento da rotação,
rendimento, fator de potência e corrente em função da
potência disponibilizada no eixo. A figura 7
exemplifica para o motor de 3 CV citado
anteriormente, onde a rotação é fornecida em
porcentagem da síncrona.
Figura 7 – Exemplo de curvas características de um
motor de 3 CV.
A consulta às curvas é simples, ou seja, tendo-
se um valor de potência mecânica, algumas grandezas
são obtidas diretamente, enquanto outras podem ser
calculadas. Por exemplo, para uma potência de 2,7 CV
(ou 90 % da nominal), tem-se o mostrado na figura 8.
Figura 8 – Utilização das curvas de desempenho –
Exemplo.

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