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O grupo das máquinas giratórias compreende máquinas elétricas cuja operação se baseia em umcampo magnético que girano entreferro entre o estator e o rotor. A máquina mais importante e mais utilizada desse grupo é o motor assíncrono de indução trifásico na versão com rotor em curto-circuito. Este se caracteriza pelas seguintes características:
Na acionamento costumam ser utilizados os seguintes motores elétricos:
Como a rotação dosmotores CApode ser controlada de forma mais eficaz, mais simples e com menos manutenção por meio de conversores de frequência, os motores de corrente contínua eos motores CAcom anéis coletores estão perdendo cada vez mais importância. Outros tipos de motores CA assíncronos têm importância mínima no acionamento. Portanto, omite-se aqui uma descrição mais detalhada.
Se um motor elétrico, como um motor CA, for combinado com um redutor, obtém-se o que é conhecido como motoredutor. Independentemente do princípio elétrico do motor em questão, a forma como ele é acoplado a um redutor reveste-se de especial importância para o projeto mecânico do motor. A SEW-EURODRIVE utiliza, para isso, motores especialmente adaptados.
Rotor
No slot do pacote de lâminas do rotor há uma bobina injetada ou inserida (normalmente de alumínio e/ou cobre); tradicionalmente, uma espira equivale a uma barra. Essas barras são colocadas em curto-circuito em ambas as extremidades por meio de anéis do mesmo material. Se imaginarmos que removemos o núcleo magnético, as barras com os anéis de curto-circuito lembram uma gaiola. Daí também vem o segundo nome comum paraos motores CA: “motor gaiola de esquilo”.
Estator
O enrolamento, encapsulado em resina sintética, é inserido nos slots semifechados do núcleo magnético. O número e a largura das bobinas variam para obter diferentes números de polos (= rotações). Juntamente com a carcaça do motor, o núcleo magnético forma o chamado estator.
Bridas
As bridas do mancal, feitas de aço, ferro fundido cinzento ou alumínio fundido sob pressão, fecham o interior do motor pelos lados A e B. O projeto construtivo na transição para o estator determina, entre outras coisas, o código de identificação da proteção do motor.
Eixo do rotor
O núcleo magnético do lado do rotor é montado sobre um eixo de aço. As duas pontas do eixo atravessam as bridas do mancal pelos lados A e B, respectivamente. No lado A encontra-se a ponta do eixo de saída (no motoredutor, projetada como ponta do eixo pinhão de saída); no lado B são montados o ventilador com suas pás para ventilação própria e/ou sistemas complementares, como freios mecânicos e encoders.
Carcaça do motor
As carcaças dos motores de baixa a média potência podem ser fabricadas em alumínio fundido sob pressão. No entanto, as carcaças de todas as classes de potência também são fabricadas em ferro fundido e aço soldado. À carcaça é acoplada uma caixa de ligação, na qual as extremidades do enrolamento do estator são conectadas a um bloco de terminais para a conexão elétrica a ser realizada pelo cliente. As aletas de refrigeração aumentam a superfície da carcaça e, além disso, realizam o incremento da dissipação de calor para o ambiente.
Ventilador, calota do ventilador
Um ventilador localizado na ponta do eixo do lado B é coberto por uma bainha. Essa bainha direciona o fluxo de ar, gerado pelo movimento giratório do ventilador, sobre as aletas da carcaça. Geralmente, os ventiladores não dependem do sentido de rotação do rotor. Um chapéu opcional impede que peças (pequenas) caiam pela grade do ventilador em formas construtivas verticais.
rolamentos
Os rolamentos nas bridas dos lados A e B conectam mecanicamente as peças giratórias às peças em pé. Normalmente, são utilizados rolamentos de esferas de slot, e com menos frequência, rolamentos axiais de rolos cilíndricos. O tamanho do rolamento depende das forças e rotações que ele deve suportar. Diversos sistemas de vedação garantem que as propriedades lubrificantes necessárias permaneçam no rolamento e que não ocorram vazamentos de óleos e/ou graxas.
O sistema de enrolamento simétrico de três ramos do estator está conectado a uma rede trifásica de corrente alternada com a tensão e a frequência correspondentes. Em cada um dos três ramos do enrolamento fluem correntes senoidais de igual amplitude, que estão desfasadas entre si em 120° no tempo. Graças aos ramos da bobina, que também estão desfasados espacialmente em 120°, o estator gera um campo magnético que gira na frequência da tensão aplicada.
Esse campo magnético girante — denominado resumidamente campo girante— induz uma tensão elétrica no enrolamento do rotor ou nas barras do rotor. Como o enrolamento está em curto-circuito por meio do anel, fluem correntes de curto-circuito.Juntamente com o campo girante, são geradas forças que formam um torque ao longo do raio do rotor, o que acelera o rotor na direção do campo girante até atingir sua velocidade de rotação. À medida que a rotação do rotor aumenta, a frequência da tensão gerada no rotor diminui, pois a diferença entre a rotação do campo girante e a do rotor se reduz.
As tensões induzidas, agora mais baixas, provocam correntes mais baixas na gaiola do rotor e, portanto, forças e torques menores. Se o rotor atingisse a mesma velocidade que o campo girante, ele giraria de forma síncrona e nenhuma tensão seria induzida; portanto, o motor não poderia desenvolver nenhum torque. No entanto, o torque da carga e os torques de atrito nos rolamentos provocam uma diferença entre a rotação do rotor e a do campo giratório, e, portanto, um equilíbrio resultante entre o torque de aceleração e o torque de carga. O motor opera de maneira assíncrona.
Dependendo da carga do motor, essa diferença é maior ou menor, mas nunca nula, pois mesmo na operação em vazio sempre há atrito nos rolamentos. Se o torque da carga exceder o torque de aceleração máximo que o motor pode produzir, ele “entra” em um estado operacional inadmissível, o que, em alguns casos, pode causar efeitos térmicos destrutivos.
Essemovimento relativo, necessário para a operação, entre a velocidade do campo giratório e a velocidade mecânicaé definido como deslizamento s e expresso como uma porcentagem da velocidade do campo giratório. Em motores de baixa potência, o deslizamentopode variar entre 10% e 15%, enquanto os motores CAdemaior potência apresentam um deslizamento de aproximadamente 2% a 5%.
O motor trifásico de rotor em curto-circuito absorve potência elétrica da rede de tensão e a transforma em potência mecânica, ou seja, em rotação e torque. Se o motor operasse sem perdas, apotência mecânica fornecida Pabseria igual àpotência elétrica absorvida Pauf.
No entanto, como é inevitável em qualquer conversão de energia, também ocorrem perdas no motor de corrente trifásica de rotor em curto-circuito:Ocorremperdas no cobre PCueperdas de ferro PZquando a corrente flui através de um condutor,enquanto as perdas de ferro PFeocorrem devido à remagnetização do núcleo magnético na frequência de rede. As perdas por atrito PRbocorremdevido ao atrito nos rolamentos; e as perdas por ventilação, devido ao uso do ar para a refrigeração. Essas perdas por cobre, por barras, por ferro e por atrito provocam o aquecimento do motor. A relação entre a potência fornecida e a potência absorvida é definida como orendimento, ou eficiência, da máquina.
Devido aos requisitos legais, nos últimos anos tem-se dado maior atenção ao uso de motores com maior rendimento. Os acordos normativos correspondentes definem, a esse respeito,classes de alto rendimento,que os fabricantes incluíram nos dados técnicos. Para reduzir as principais perdas relacionadas à máquina, isso implica, no projeto do motor elétrico:
Se representarmos graficamente os binários e a corrente em função da velocidade, obtemos a curva característica de torque e rotação do motor trifásico de rotor em curto-circuito. Até atingir o ponto de trabalho estável, o motor percorre essa curva após cada partida. O número de pólos, o projeto construtivo e o enrolamento do rotor influenciam o traçado das curvas. O conhecimento dessas curvas características é especialmente importante em acionamentos que operam com pares inversos (por exemplo, elevadores).
Se o torque resistente da máquina acionada for maior que o torque mínimo, a rotação do rotor “ficará estagnada no equilíbrio”. O motor não atinge mais seu ponto de operação nominal, ou seja, o ponto de operação estável e térmico. Se o torque resistente for ainda maior que o torque de partida,o motor para. Se houver uma sobrecarga no acionamento em funcionamento (por exemplo, uma correia transportadora sobrecarregada), a rotação diminui à medida que a carga aumenta. Se o torque resistente ultrapassar o torque máximo,o motor “capota” e a rotação cai para a rotação de equilíbrio ou até mesmo para zero. Todos esses cenários provocam correntes muito elevadas no rotor e no estator, fazendo com que ambos se aqueçam muito rapidamente. Se não houver aparelhos de proteção adequados, isso pode causar a destruição térmica do motor: ele “queima”.
O calor gerado em um condutor de transporte de corrente depende da resistência do condutor e da intensidade da corrente que o atravessa. As partidas frequentes e a partida com torque resistente submetem o motor trifásico de rotor em curto-circuito a uma carga térmica muito elevada. O aquecimento admissível do motor depende da temperatura do meio de refrigeração que o circunda (por exemplo, o ar) e da resistência térmica do material de isolamento do enrolamento do motor.
Os superaquecimentos máximos admissíveis dos motores são regulados por meio de uma classificação em classes de isolação (anteriormente também denominadas “classes de isolação”). O motor deve poder funcionar na classe de isolação para a qual foi projetado, com seu superaquecimento contínuo determinado pela potência nominal, sem sofrer danos. Com uma temperatura do agente refrigerante de no máximo 40 °C, a sobretemperatura limite aprovada na classe de isolação 130 (B), por exemplo, é: dT = 80 K.
A frequência de chaveamento admissível indica quantas vezes um motor pode ser ligado em uma hora sem que ocorra uma sobrecarga térmica. Ela depende de:
A frequência de chaveamento aprovada para um motor pode ser aumentada por meio das seguintes medidas:
Os motores trifásicos de rotor em curto-circuito podemfuncionar em diferentes rotaçõespor meio da comutação dos enrolamentos ou de partes deles. Ao inserir vários enrolamentos nos slots do estator ou ao inverter a direção do fluxo de corrente em partes individuais dos enrolamentos, obtêm-se diferentes números de polos. No caso de enrolamentos separados, a potência por número de polos é inferior à metade da potência do motor de uma velocidade única do mesmo tamanho.
Os motoredutores CA de dupla polaridade sãoutilizados, por exemplo, como mecanismos de translação. A velocidade de deslocamento é alta durante a operação com um número reduzido de pólos. Para posicionamento, comuta-se para o enrolamento de baixa velocidade. Ao comutar, o motor mantém inicialmente sua alta velocidade devido à inércia da massa. O motor CA funciona nessa fase como gerador e freia. A energia cinética é transformada em energia elétrica e devolvida à rede. Uma desvantagem é o grandepulso de torque durante a comutação, que, no entanto, pode ser reduzido por meio de medidas de comutação adequadas.
O atual desenvolvimento da tecnologia de conversores econômicos favorece a substituição tecnológica dos motores de dupla polaridade por motores de velocidade única controlados por frequência em muitas aplicações.
Um motor monofásico é uma boa opção quando, nas aplicações,
Ventiladores, bombas e compressores estão entre os exemplos típicos de aplicação. Aqui, observam-seduas diferenças fundamentais de projeto:
Por um lado, o clássicomotor CAtrifásico é conectado apenas a uma fase e ao neutro. A terceira conexão é simulada por meio da comutação de fase com a ajuda de um capacitor. Como o capacitor não pode gerar uma comutação de fase de 120°, mas apenas de 90°, esse tipo de motor monofásico costuma ser dimensionado com apenas dois terços da potência de um motor CA comparável.
A segunda forma de construir um motor monofásico consiste na adaptação do enrolamento. Em vez do enrolamento trifásico, realizam-se apenas duas fases, que, além disso, são diferenciadas como fase principal e fase auxiliar. As bobinas, agora deslocadas espacialmente em 90°, são alimentadas com uma diferença de 90° no tempo por meio de um capacitor, o que gera o campo girante. As relações desiguais de corrente entre o enrolamento principal e o auxiliar geralmente permitem, como regra geral, apenas dois terços da potência de um motor CA do mesmo tamanho. Os motores típicos para operação monofásica são o motor com capacitor, o motor com entreferro e o motor de partida, que funciona sem capacitor.
A SEW-EURODRIVE possui em sua linha ambos os tipos de construção de motores monofásicos: os motores DRK... Ambos são fornecidos com capacitor de operação integrado. Como ele está alojado diretamente na caixa de ligação, evita-se a ocorrência de interferências. Com um capacitor de operação, dispõe-se de aproximadamente 45 a 50 por cento do torque nominal para a partida.
Para os clientes que precisarem de um torque de partida mais alto, de até 150% do torque nominal, a SEW-EURODRIVE pode fornecer os valores de capacidade dos condensadores de partida necessários, os quais podem ser adquiridos em lojas especializadas bem abastecidas.
Os ímãs giratórios são variantes especiaisdos motores CAcom rotor gaiola de esquilo. Em seu projeto, eles são submetidos a um processo de dimensionamento que os faz consumir apenas a corrente necessária para evitar sua própria destruição térmica, mesmo a uma rotação de 0. Isso é útil, por exemplo,,na abertura de portas, na mudança de agulhasou em ferramentas de prensas, quando é necessário atingir uma posição e mantê-la com segurança no modo motor.
Outro modo de operação comum é o chamado freio de corrente oposta: uma carga externa é capaz de fazer o rotor girar no sentido contrário ao sentido de rotação do campo girante. O campo girante “freia” a rotação e extrai do sistema energia regenerativa, que é devolvida à rede; trata-se, por assim dizer, de uma frenagem rotativa sem trabalho de frenagem mecânica.
A SEW-EURODRIVE oferece, com os DRM../DR2M.., ímãs de campo giratório de 12 pólos projetados para uso térmico contínuo com torque nominal em parada. Os ímãs de campo giratório da SEW-EURODRIVE se adaptam a diferentes requisitos e velocidades e são oferecidos com até três torques nominais, dependendo do modo de operação.
Quando os motores elétricos são utilizados em áreas com risco de explosão (conforme a Diretiva 2014/34/UE (ATEX)), é necessário adotar certas medidas de proteção nos acionamentos. Para isso, a SEW-EURODRIVE oferece diversos motores CA à prova de explosão .
Para aplicações que operam diretamente conectadas à rede e que, além disso, devem ter velocidade síncrona ou dispor dessa característica sem sensor por meio de um conversor simples, a SEW-EURODRIVE oferece os chamados motores LSPM. LSPM é a abreviação de Line Start Permanent Magnet. O motor LSPM é um motor assíncrono CA com ímãs permanentes adicionaisno rotor. Ele arranca de forma assíncrona, depois se sincroniza com a frequência de rede e, a partir desse momento, opera em modo síncrono sem escorregamento, sincronizado com a frequência de rede. Uma tecnologia de motores que abrenovas e flexíveis possibilidades de aplicação na engenharia de acionamento,por exemplo, a transferência de cargas sem perda de rotação.
Esses motores híbridos compactosnãoapresentam nenhuma perda no rotordurante a operação e impressionam por seu alto rendimento. São alcançadas classes de alto rendimento.
O tamanho de um motor DR..J com tecnologia LSPM é dois níveis menor do que o de um motor de série com a mesma potência e a mesma classe de eficiência. Por outro lado, os motores do mesmo tamanho atingem uma classe de eficiência duas vezes superior à dos motores assíncronos.
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