Motores Elétricos - 5ª Edição Atualizada

MOTORES ELÉTRICOS 5.ª EDIÇÃO ATUALIZADA

Autoria: António Francisco

Índice Geral

Prefácio ...................................................................................................................................... XI Agradecimentos ..................................................................................................................... XII Introdução .................................................................................................................................. 1 Capítulo 1 – Motores de Corrente Contínua ...................................................................... 3 1.1 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA CONVENCIONAL................................................. 3 1.1.1 Constituição ........................................................................................................... 4 1.1.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................... 7 1.1.3 Caixa de Ligações .............................................................................................. 11 1.1.4 Ligações dos Motores de Corrente Contínua ................................................ 12 1.1.5 Tipos de Excitação .............................................................................................. 13 1.1.5.1 Motor de Excitação Independente ........................................................ 13 1.1.5.2 Motor Série ................................................................................................ 14 1.1.5.3 Motor Shunt (Paralelo) .............................................................................. 15 1.1.5.4 Motor Compound (Série-Paralelo) .......................................................... 15

1.1.6 Aplicações............................................................................................................ 16 1.2 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA DE ÍMAN PERMANENTE ..................................... 17 1.2.1 Constituição ......................................................................................................... 17 1.2.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 18 1.2.3 Aplicações............................................................................................................ 18 1.2.4 Drivers para Motores DC de Íman Permanente ............................................. 19 1.2.4.1 Transístor Bipolar NPN ................................................................................ 19 1.2.4.2 Transístor MOSFET ...................................................................................... 19 1.2.4.3 Circuito Integrado ULN2803A ................................................................... 20 1.2.4.4 Circuito Integrado L293D.......................................................................... 21 1.2.4.5 Circuito Integrado TC4424A ..................................................................... 23 1.2.4.6 Circuito Integrado MCP14E4 .................................................................... 25

1.2.5 Controlo de velocidade de Motores DC de Íman Permanente ................. 27 1.2.5.1 Programa em Assembly para Comando de PMDC .............................. 29

1.3 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA SEM NÚCLEO ..................................................... 31 1.3.1 Constituição ......................................................................................................... 31 1.3.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 32 1.3.3 Vantagens e Desvantagens .............................................................................. 32 1.3.4 Aplicações............................................................................................................ 33

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VI

Motores Elétricos

1.4 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA SEM ESCOVAS ................................................... 34 1.4.1 Constituição ......................................................................................................... 34 1.4.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 36 1.4.3 Vantagens e Desvantagens .............................................................................. 38 1.4.4 Aplicações............................................................................................................ 38

Capítulo 2 – Motores de Indução ....................................................................................... 39 2.1 MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS ........................................................................... 40 2.1.1 Constituição ......................................................................................................... 41 2.1.2 Tipos de Motores de Indução Trifásicos ........................................................... 43 2.1.2.1 Motor de Rotor em Gaiola ....................................................................... 43 2.1.2.2 Motor de Rotor Bobinado ........................................................................ 44

2.1.3 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 45 2.1.4 Velocidade do Motor ......................................................................................... 47 2.1.5 Potência do Motor .............................................................................................. 48 2.1.6 Placa de Características .................................................................................... 49 2.1.7 Caixa de Ligações .............................................................................................. 49 2.1.8 Arranque de Motores Trifásicos ......................................................................... 50 2.1.8.1 Arranque Estrela-Triângulo ....................................................................... 51 2.1.8.2 Arranque com Arrancadores Eletrónicos................................................ 52 2.1.8.3 Inversão de Marcha ................................................................................. 53

2.1.9 Aplicações............................................................................................................ 53 2.1.10 Motores Trifásicos Alimentados em Monofásico .......................................... 54 2.1.10.1 Dimensionamento do Condensador (valores empíricos) .................... 56

2.2 MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS ................................................................... 57 2.2.1 Constituição ......................................................................................................... 58 2.2.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 59 2.2.3 Motor com Fase Dividida (Split Phase)............................................................. 63 2.2.4 Motor com Condensador de Arranque (Capacitor Start) ........................... 65 2.2.5 Motor com Condensador Permanente (Permanent Split Capacitor) ........ 67 2.2.6 Motor com Dois Condensadores (Capacitor Start Capacitor Run) ............ 68 2.2.7 Motor com Polos Sombreados (Shaded Pole Motor) .................................... 69 2.2.8 Condensadores para Motores .......................................................................... 73 2.2.8.1 Condensadores de Arranque (Cstart) ....................................................... 73 2.2.8.2 Condensadores Permanentes (Crun) ....................................................... 73

2.2.9 Dispositivos de Ligação do Enrolamento Auxiliar ........................................... 74 2.2.9.1 Interruptor Centrífugo ............................................................................... 74 2.2.9.2 Relé de Intensidade.................................................................................. 74 © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

Índice Geral

VII

2.2.9.3 Relé Eletrónico .......................................................................................... 74 2.2.9.4 Termístor PTC ............................................................................................. 75

2.2.10 Placa de Características .................................................................................. 75 2.2.11 Caixa de Ligações (Motor Industrial) ............................................................. 76 2.2.12 Ligação de Motores Monofásicos .................................................................. 76 2.2.12.1 Motores de Condensador Permanente (Cp) ....................................... 76 2.2.12.2 Motores de Condensador Permanente (Cp) e de Arranque (Ca)..... 77 2.2.12.3 Motores Antigos ...................................................................................... 78

Capítulo 3 – Motor Universal ................................................................................................. 81 3.1 Constituição ............................................................................................................ 81 3.2 Princípio de Funcionamento................................................................................. 81 3.3 Aplicações............................................................................................................... 83

Capítulo 4 – Motores Síncronos............................................................................................ 85 4.1 MOTOR SÍNCRONO MONOFÁSICO ............................................................................ 86 4.1.1 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 86 4.2 MOTOR SÍNCRONO TRIFÁSICO .................................................................................... 88 4.2.1 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 88 4.2.2 Tipos de Excitatrizes ............................................................................................. 89 4.2.2.1 Excitatriz com escovas (estática) ............................................................ 89 4.2.2.2 Excitatriz sem escovas (brushless) ............................................................ 89

4.2.3 Arranque do Motor ............................................................................................. 90 4.2.4 Aplicações............................................................................................................ 91

Capítulo 5 – Motores de Relutância ................................................................................... 93 5.1 MOTOR DE RELUTÂNCIA COMUTADO ........................................................................ 93 5.1.1 Constituição ......................................................................................................... 93 5.1.2 Princípio de Funcionamento ............................................................................. 95 5.1.3 Vantagens e Desvantagens .............................................................................. 98 5.1.4 Aplicações............................................................................................................ 98 5.2 MOTOR DE RELUTÂNCIA SÍNCRONO .......................................................................... 99 5.2.1 Constituição ......................................................................................................... 99 5.2.2 Princípio de Funcionamento ........................................................................... 100

Capítulo 6 – Motores Passo a Passo.................................................................................. 101 6.1 TIPOS DE MOTORES PASSO A PASSO ........................................................................ 101 6.1.1 Motor de Íman Permanente (PM Stepper Motor) ........................................ 102 6.1.1.1 Princípio de Funcionamento .................................................................. 103

6.1.2 Motor de Relutância Variável (VR Stepper Motor) ...................................... 105

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VIII

Motores Elétricos

6.1.2.1 Princípio de Funcionamento .................................................................. 105

6.1.3 Motor Híbrido (HB Stepper Motor)................................................................... 108 6.1.3.1 Princípio de Funcionamento .................................................................. 110

6.2 LIGAÇÃO DOS ENROLAMENTOS ............................................................................... 112 6.2.1 Bipolar .................................................................................................................. 112 6.2.2 Unipolar ............................................................................................................... 113 6.3 MODOS DE FUNCIONAMENTO .................................................................................. 114 6.3.1 Passo Completo – Uma Fase ........................................................................... 114 6.3.2 Passo Completo – Duas Fases ......................................................................... 116 6.3.3 Meio Passo .......................................................................................................... 119 6.4 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES PaP ................................................ 123 6.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS MOTORES PaP.............................................. 124 6.6 COMANDO DOS MOTORES PaP ............................................................................... 124 6.6.1 Circuitos de Comando para Motores PaP .................................................... 125 6.6.1.1 Motores Bipolares .................................................................................... 125 6.6.1.2 Motores Unipolares ................................................................................. 128

6.6.2 Circuitos Integrados Utilizados ......................................................................... 129 6.6.3 Programa em Assembly para Comando de Motor PaP ............................. 131 6.7 MOTOR PaP DESCONHECIDO ................................................................................... 134

Capítulo 7 – Servomotores .................................................................................................. 137 7.1 CONSTITUIÇÃO............................................................................................................. 137 7.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO .............................................................................. 139 7.3 CONTROLO DO ÂNGULO DE ROTAÇÃO ................................................................. 139 7.4 FICHAS TÉCNICAS ........................................................................................................ 141 7.4.1 Ficha Técnica do Servo Hitec HS-311 ............................................................. 141 7.4.2 Ficha Técnica do Servo Futaba S3003 ........................................................... 142 7.5 TENSÃO DE ALIMENTAÇÃO ........................................................................................ 143 7.6 BINÁRIO ......................................................................................................................... 143 7.7 MODIFICAÇÃO DE SERVOS PARA ROTAÇÃO CONTÍNUA ..................................... 144 7.7.1 Controlo de Servos Modificados ..................................................................... 145 7.7.2 Servos Funcionando como Motores DC ........................................................ 146 7.8 SERVOS DIGITAIS .......................................................................................................... 147 7.9 SERVOS VERSUS MOTORES PASSO A PASSO ............................................................ 147 7.10 CABO DE LIGAÇÃO DOS SERVOS ........................................................................... 148 7.11 CIRCUITOS DE COMANDO PARA SERVOS ............................................................. 149 7.11.1 Controlo com Circuito Integrado 555 .......................................................... 149 7.11.2 Controlo com Microcontrolador ................................................................... 150 © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

Índice Geral

IX

7.11.3 Programa em Assembly para Comando de Servomotor ......................... 150 7.11.4 Cálculo do Ângulo de Rotação de um Servo ............................................ 153

Anexos ..................................................................................................................................... 155 A.1 ESPECIFICAÇÕES DOS MOTORES ............................................................................. 155 A.2 PROTEÇÃO DAS INSTALAÇÕES ................................................................................. 157 A.2.1 Fusíveis ................................................................................................................ 157 A.2.1.1 Fusíveis Industriais.................................................................................... 157 A.2.1.2 Fusíveis de Vidro ..................................................................................... 158 A.2.1.3 Fusíveis Rearmáveis (Resettable Fuse, Polyfuse, etc.) .......................... 159 A.2.1.4 Fusíveis Térmicos (Thermal Fuse) ............................................................ 159

A.2.2 Disjuntores .......................................................................................................... 159 A.2.2.1 Disjuntores Magnéticos para Proteção de Motores ............................ 160 A.2.2.2 Relés de Proteção Térmica ................................................................... 160 A.2.2.3 Disjuntores Magnetotérmicos para Proteção de Motores .................. 161 A.2.2.4 Disjuntores Magnetotérmicos para Proteção de Instalações ............ 161

A.2.3 Proteção dos Motores...................................................................................... 162 A.2.4 Potências Normalizadas para Motores de Indução Industriais ................. 163

A.3 ESQUEMATECA ......................................................................................................... 164 A.3.1 Arrancadores em Caixa ................................................................................... 164 A.3.1.1 Motor Monofásico ................................................................................ 165 A.3.1.2 Motor Trifásico ....................................................................................... 165

A.3.2 Arranque Direto de Motor Trifásico ................................................................. 166 A.3.2.1 Motor Trifásico ....................................................................................... 166 A.3.2.2 Circuitos de Comando de Um Local ................................................ 167 A.3.2.3 Circuitos de Comando de Dois Locais.............................................. 168

A.3.3 Arranque Direto com Inversão de Marcha de Motor Trifásico ....................... 169 A.3.3.1 Circuitos de Potência .......................................................................... 169 A.3.3.2 Circuitos de Comando ........................................................................ 170

A.3.4 Arranque Estrela-Triângulo de Motor Trifásico ............................................... 171 A.3.4.1 Circuitos de Potência .......................................................................... 171 A.3.4.2 Circuitos de Comando ........................................................................ 172

A.4 CORES DOS ISOLAMENTOS DOS CONDUTORES ELÉTRICOS .................................. 173 A.5 PREFIXOS DAS UNIDADES DO SISTEMA INTERNACIONAL (SI)................................. 173 A.6 EQUIVALÊNCIAS ENTRE UNIDADES ............................................................................ 174

Endereços Internet ................................................................................................................ 177

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X

Motores Elétricos

Índice Remissivo .................................................................................................................... 179 Glossário de Termos – Português Europeu e Português do Brasil ............................... 183

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Prefácio

O estudo das máquinas elétricas, nomeadamente motores elétricos, é de grande importância para os cursos superiores de Engenharia Eletrotécnica, Engenharia Mecânica e Engenharia de Automação e Robótica, entre outros. Também no Ensino Secundário e na Formação Profissional esta matéria é lecionada em várias disciplinas/módulos da Formação Técnica.

Tendo em conta os motores elétricos clássicos, mas também os motores elétricos da atualidade, pretende-se com esta obra, utilizando uma abordagem didática adequada e uma linguagem simples e objetiva, fornecer os conhecimentos fundamentais, teóricos e práticos, para que estudantes e técnicos compreendam o funcionamento e saibam ligar motores elétricos.

Dada a grande diversidade de motores elétricos selecionamos aqueles que possibilitam uma compreensão global sobre o funcionamento destas máquinas e outros que, atualmente, têm grande aplicação e dos quais não existe bibliografia em língua portuguesa.

Esperamos que este livro contribua para uma melhor e mais fácil aprendizagem dos motores elétricos, que seja uma ferramenta importante, quer ao professor/formador no desempenho da sua profissão, quer ao aluno/técnico na sua aprendizagem.

A obra consta de duas partes: • Motores Elétricos; • Anexos.

Na primeira parte – Motores Elétricos – são estudados motores de corrente contínua de diferentes tipos, motores de indução, motor universal, motores síncronos, motores de relutância, motores passo-a-passo e servomotores.

Na segunda parte – Anexos – apresenta-se um conjunto de informações relacionadas com motores elétricos e automatismos industriais que complementam o estudo destes temas.

Também são apresentados os esquemas mais usuais de arranques convencionais de motores de indução.

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Introdução

O motor elétrico tornou-se um dos mais notórios inventos no processo de desenvolvimento tecnológico da Humanidade. Ele veio substituir o Homem no desempenho de tarefas árduas e repetitivas.

O motor elétrico é uma máquina que transforma energia elétrica em energia mecânica, sem perdas significativas e sem que desse processo resulte elementos poluentes. Os motores estão em toda a parte, praticamente tudo o que se move, utilizando eletricidade, deve-se a eles.

O motor elétrico é o mais usado de todos os tipos de motores, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica: facilidade de transporte e facilidade de comando, sendo, para além disso, uma máquina de construção simples e de alto rendimento.

No mundo de hoje, o motor elétrico é um elemento imprescindível ao progresso. As máquinas elétricas, nos tempos atuais, podem considerar-se como parte recorrente do nosso dia a dia. Os motores elétricos vulgarizaram-se de tal forma que os podemos encontrar em aplicações tão diversas como: eletrodomésticos, elevadores, portas automáticas, passadeiras rolantes, automóveis e num sem-número de outras aplicações, incluindo aplicações de robótica e de alta tecnologia.

Também na indústria, a sua utilização, desde as máquinas aos equipamentos, é global.

Por outro lado, a incorporação da eletrónica nos motores elétricos e a utilização de materiais com melhores características vieram alargar ainda mais as suas aplicações, possibilitar o desenvolvimento dos motores já existentes e a criação de novos tipos de motores, conseguindo-se motores cada vez mais eficientes e com menor manutenção. A evolução tecnológica não para.

A eletrónica também permitiu vulgarizar o controlo de velocidade dos motores, sendo, hoje, comuns os acionamentos elétricos com arrancadores e variadores de velocidade eletrónicos. Estes são instalados tanto nos equipamentos de pequena potência de uso doméstico, como nos grandes equipamentos utilizados nos diferentes processos produtivos industriais.

Porque os motores elétricos desempenham um papel de relevância nos nossos dias, todas as pessoas que, de alguma forma, com eles trabalham devem conhecê-los, especialmente quanto à sua constituição, princípio de funcionamento e ligação. É esta a pretensão deste livro.

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1

Motores de Corrente Contínua

A máquina elétrica de corrente contínua (CC) foi a primeira máquina elétrica a ser utilizada industrialmente. A razão para tal deve-se ao facto de, no início da distribuição da energia elétrica, a mesma ser feita em CC. Atualmente, existem diferentes tipos de motores alimentados com CC, que vão desde os pequenos motores, para os mais variados acionamentos, até aos motores convencionais, utilizados em acionamentos industriais, com potências que podem chegar às várias centenas kW.

1.1 MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA CONVENCIONAL O motor de CC (DC Motor) convencional (ver Figura 1.1) é uma máquina que tem como principal característica o controlo preciso, entre amplos limites, da velocidade. Atualmente, esta regulação é realizada através de controladores eletrónicos.

Figura 1.1 – Motores de CC convencionais

As grandes desvantagens são o seu custo, mais elevado do que o de um motor de corrente alternada para a mesma potência, uma maior manutenção e o facto de os seus enrolamentos não poderem ser alimentados diretamente da rede de distribuição pública.

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2

Motores de Indução

Os motores de indução ou motores assíncronos, conjuntamente com os motores síncronos, são os principais motores de corrente alternada.

Motor síncrono

Íman

Agulha magnética

Motor assíncrono

Íman

Espira em Curto-circuito

Figura 2.1 – Princípio de funcionamento dos motores síncrono e assíncrono

Nas experiências mostradas na Figura 2.1, rodando manualmente o íman, cria-se um campo magnético, designado por girante, em torno da agulha magnética ou da espira em curto-circuito colocada no interior dos polos N-S do íman.

Na experiência relativa ao motor síncrono, a agulha magnética é atraída pelos polos do íman e entra em rotação à mesma velocidade do íman, diz-se que a agulha magnética roda à velocidade de sincronismo (ns).

Se, em vez da agulha magnética, utilizarmos uma espira em curto-circuito no interior do íman, experiência relativa ao motor assíncrono, a mesma, porque está sujeita a variação do fluxo que a atravessa, será sede de circulação de uma corrente induzida. Tal corrente, pela lei de Lenz, tende a opor-se à causa que a produziu, criando um campo magnético que se opõe ao campo magnético girante do estator. Como os campos são de sinal contrário, há atração entre eles e a espira roda, mas com um ligeiro atraso em relação ao campo girante do estator.

De uma forma geral, uma máquina diz-se síncrona quando roda à velocidade de sincronismo, isto é, quando a velocidade do rotor é igual à do campo magnético girante © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

3

Motor Universal

O motor universal (Universal Motor) (ver Figura 3.1) é uma máquina elétrica similar a um motor série de CC, mas projetada para operar em corrente alterna monofásica.

Figura 3.1 – Motor universal

3.1 CONSTITUIÇÃO O motor universal possui um estator e um rotor com os enrolamentos ligados em série através do comutador (coletor) (ver Figura 3.2).

Estator

Rotor

Estator

Figura 3.2 – Constituição do motor universal

3.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Quando o enrolamento do estator é alimentado, cria um campo magnético que atravessa o enrolamento do rotor. Como o enrolamento do rotor é alimentado em série com o enrolamento do estator, os condutores que estão situados sob um mesmo polo do estator são percorridos por correntes com o mesmo sentido, sendo, portanto, segundo a lei de © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

4

Motores Síncronos

Este tipo de motor designa-se por síncrono porque o rotor roda à mesma velocidade do campo magnético girante do estator, ou seja, roda à velocidade de sincronismo. Esta é a principal característica do motor síncrono.

A velocidade, tal como no motor de indução trifásico, só depende da frequência da tensão de alimentação e do número de polos do motor.

Os motores síncronos de potências elevadas (ver Figura 4.1), podem atingir valores de vários milhares de kW. Devido às suas características de funcionamento, são utilizados, maioritariamente, em grandes acionamentos industriais.

Figura 4.1 – Motor síncrono de potência elevada

O motor síncrono, como qualquer máquina elétrica rotativa, é constituído por um estator e por um rotor. O estator é formado por um enrolamento que cria polos magnéticos quando alimentado, sendo o rotor constituído por ímanes permanentes ou eletroímanes. Neste último caso, o rotor é alimentado por tensão contínua externa.

Fabricam-se motores síncronos com potências de fração do Watt (fracionários) até valores de milhares de kW.

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5

Motores de Relutância

Embora os motores de indução sejam maioritariamente utilizados na indústria e dificilmente possam ser substituídos, a procura de motores ainda mais eficientes e mais robustos tem motivado a pesquisa de novas máquinas.

De entre as novas máquinas, os motores de relutância3 têm, na última década, vindo a receber um interesse crescente devido às suas potenciais vantagens: baixo custo de fabrico, construção simples e robusta, alta fiabilidade, baixa manutenção e desempenho elevado. São motores que não possuem escovas nem ímanes permanentes no rotor.

5.1 MOTOR DE RELUTÂNCIA COMUTADO Os motores de relutância comutados (Switched Reluctance Motors – SRM), também conhecidos por motores de relutância variáveis (VRM) são motores que apresentam grandes vantagens, em comparação com outros tipos de motores: construção simples, perdas baixas no rotor, bom binário, etc. Contudo, necessitam de um controlador eletrónico para funcionarem.

Uma das razões que tem impedido a utilização deste motor em larga escala é a existência de oscilações no binário. Todavia, este problema e o ruído audível gerado no seu funcionamento têm vindo a ser melhorados pelos fabricantes, abrindo-se excelentes expectativas para este tipo de motor.

Atualmente, o motor SRM já possui uma pequena parcela do mercado dos acionamentos de velocidade variável de baixa e média potência, sendo utilizado, nomeadamente, em eletrodomésticos e equipamentos industriais.

5.1.1 Constituição O SRM possui um estator e um rotor, ambos com polos salientes, em material ferromagnético laminado para reduzir as perdas.

Os polos do estator possuem enrolamentos que são alimentados através de um controlador eletrónico. O rotor não possui enrolamentos, nem ímanes permanentes, nem gaiolas para arranque, daí tratar-se de um elemento robusto e barato.

3 Relutância é o equivalente magnético da resistência elétrica. O fluxo magnético, tal como a corrente elétrica, procura o caminho mais fácil (de menor relutância) para as linhas de força.

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6

Motores Passo a Passo

O motor passo a passo (PaP) (Stepper Motor) (ver Figura 6.1) é um atuador eletromecânico que converte sinais elétricos em deslocamentos angulares (ou lineares) precisos.

Figura 6.1 – Motores passo a passo

A cada comando o eixo do motor roda um pequeno ângulo (passo) e permanece estável nessa posição, se mais nenhum comando for aplicado.

Aplicando-se sequências de comandos, obtém-se o deslocamento angular desejado. Se a sequência de comando se mantiver, o eixo do motor roda por saltos contínuos com uma velocidade proporcional à frequência das sequências.

Estas características conferem a este tipo de motor uma grande facilidade de interligação com sistemas digitais.

Os motores PaP não possuem escovas e apresentam um excelente binário a baixa rotação.

São utilizados em aplicações onde seja necessário controlar um deslocamento angular, um posicionamento ou a velocidade, daí serem ideais para a construção de mecanismos que requeiram movimentos precisos. Têm grande aplicação, nomeadamente em robótica, periféricos de computadores (impressoras, fotocopiadoras, scanners, discos rígidos, driver de disquetes), máquinas-ferramenta, relógios, etc.

Devido às suas características, são mais utilizados em aplicações de posicionamento do que em aplicações de rotação.

6.1 TIPOS DE MOTORES PASSO A PASSO Existem, basicamente, três tipos de motores PaP: íman permanente, relutância variável e híbrido. Todos possuem estator e rotor e diferem entre si, principalmente na constituição do rotor. © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

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Servomotores

Os servomotores são motores elétricos utilizados em aplicações de posicionamento.

Recebem sinais elétricos que transformam em movimentos de rotação ou em deslocamentos lineares precisos.

Existem vários modelos de servomotores, com diferentes tipos de motores e com diferentes processos de realimentação para informar sobre a posição do veio. Os servomotores aqui tratados (ver Figura 7.1), destinam-se aos pequenos acionamentos, nomeadamente em modelismo e em robótica.

Como exemplos de utilização em modelismo temos: telecomandos de aviões, carros e barcos. Em robótica destinam-se a efetuar, nomeadamente, deslocamentos e posicionamentos em pequenos robôs e braços robotizados.

Figura 7.1 – Servomotores para pequenos acionamentos

7.1 CONSTITUIÇÃO Estes servomotores (Servomotors) ou servos RC (Remote Control), ou simplesmente servos, são pequenos dispositivos constituídos basicamente por um pequeno motor DC, um circuito eletrónico de controlo, um pequeno potenciómetro que roda solidário com o eixo do servo, um conjunto de engrenagens e três condutores para ligação (ver Figura 7.2).

O motor do servo, ao ser alimentado, faz rodar uma série de engrenagens (redutoras) que amplificam e transferem o binário do motor para o eixo, onde estão ligados os disposi© ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

156

Motores Elétricos

(continuação) GRANDEZA

VALOR

SÍMBOLO

UNIDADE

DESCRIÇÃO

Rendimento

η

η=Pmec / Pel

Relação entre a potência útil no eixo e a potência absorvida

Fator de potência

cosφ

cosφ=P / S

Cosseno do ângulo de desfasamento (φ) entre a tensão e a corrente

N·m

Binário desenvolvido no eixo à potência nominal e rotação nominal

Normalmente, expresso em relação ao binário nominal (Ma/Mn)

N·m

Binário desenvolvido no eixo com tensão e frequência nominais, mas com o rotor bloqueado

Mmáx

Normalmente expresso em relação ao binário nominal (Mmáx/Mn)

N·m

Binário máximo que o motor pode desenvolver com tensão e frequência nominais

Binário mínimo

Mmín

Normalmente expresso em relação ao binário nominal (Mmín/Mn)

N·m

Binário mínimo que o motor pode desenvolver com tensão e frequência nominais

Inércia do rotor

J

kg·m2

Indica a oposição rotor à sua rotação

Peso rotor

m

kg

Indica a peso do rotor + eixo

Diâmetro

d

m

Indica o diâmetro do rotor

Binário nominal

Mn

Binário de arranque

Ma

Binário máximo

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Anexos

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A.2 PROTEÇÃO DAS INSTALAÇÕES Na conceção de uma instalação elétrica, para além da proteção das pessoas, também é obrigatória a proteção da instalação.

No caso dos motores elétricos, sobreintensidades perigosas podem aparecer durante o seu funcionamento devido a sobrecargas mecânicas, por falta de uma fase e, sobretudo, por curto-circuito na cablagem. Para se evitar que os motores ou as instalações elétricas que os alimentam sofram danos, devem ser previstos dispositivos de proteção contra sobreintensidades (sobrecargas e curto-circuitos).

Na proteção dos motores elétricos contra sobreintensidades utilizam-se fusíveis e/ou disjuntores.

A.2.1 Fusíveis O fusível é um elemento cuja função é interromper, por fusão de um ou mais elementos concebidos e calibrados para o efeito, o circuito no qual está inserido, cortando a corrente quando esta ultrapassa, num tempo suficiente, um determinado valor. De um modo geral, o calibre deve ser imediatamente superior ao valor da corrente de plena carga do circuito protegido.

A.2.1.1 Fusíveis Industriais

Utilizados na indústria elétrica, os mais comuns estão representados na Figura A.1.

Internamente estão cheios de areia ou de material similar uma vez que possuem alta capacidade de rutura.

Fusível cilíndrico

Fusível de facas

Figura A.1 – Fusível cilíndrico e fusível de facas

Código de Letras

A primeira letra indica o tipo de proteção: a: Atuação contra curto-circuitos; g: Atuação contra sobrecargas e contra curto-circuitos. © ETEP – Edições Técnicas e Profissionais

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Motores Elétricos

A.3 ESQUEMATECA A.3.1 Arrancadores em Caixa Trata-se de equipamentos em que os aparelhos são montados em caixas plásticas, que os protegem do meio ambiente (Figura A.9). É a solução mais simples para se proceder ao comando de motores elétricos.

Na página seguinte estão representados os esquemas de ligação para um motor de indução monofásico e para um motor indução trifásico.

Na solução 1) o relé térmico é atravancado ao contactor, sendo a solução clássica. Neste caso, a proteção contra curto-circuitos terá de ser instalada fora da caixa e a montante.

A solução 2) – disjuntor magnetotérmico – é a solução atual, na qual um mesmo aparelho efetua todas as funções básicas do automatismo: seccionamento, proteção contra curtocircuitos e contra sobrecargas e comutação. Todavia, esta solução está limitada ao comando de motores com um único sentido de marcha, não possibilitando o comando à distância ou o comando de sistemas automatizados.

De um modo geral, mesmo usando o disjuntor magnetotérmico, a utilização do contactor para realizar a função de comutação é a solução aconselhada. O contactor pode realizar milhões de ciclos de manobras sem se deteriorar e apresenta a grande vantagem de permitir o comando à distância, através da alimentação da sua bobina.

Figura A.9 – Arrancador em caixa

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