Instalações Elétricas de Motores: Princípios e Tipos

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PROF OZENIR DIAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Os circuitos de distribuição para instalações de motores aquecimento solda elétrica ou equipamentos industriais diversos deverão ser separados dos circuitos de iluminação ou TUGs e TUEs gerais podendo os circuitos alimentadores serem comuns Motor elétrico é a máquina capaz de transformar a energia elétrica em mecânica usando em geral o princípio da reação entre dois campos magnéticos A potência mecânica no eixo é expressa em hp ou cv ou mesmo em kW 𝐼𝑛 ℎ𝑝𝑥746 𝑣𝑥𝐹𝑝𝑥𝑛 𝐼𝑛 𝑐𝑣𝑥736 𝑣𝑥𝐹𝑝𝑥𝑛 se o motor for trifásico adiciona 3no denominador 1 Hp 746 W 1 CV 736 W N Rendimento do motor 𝑃𝑠𝑎í𝑑𝑎 𝑃𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 Prof Ozenir Dias 2 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Tipos de Motores Existe uma variedade muito grande de motores elétricos alguns exemplos Motores de corrente contínua CC Motores de corrente alternada Motores CC aplicados em locais em que a fonte é de corrente contínua Os motores de corrente alternadas são os mais empregados devido a rede da concessionária ser em AC Dos motores de corrente alternada o mais comumente utilizado é o motor assíncrono ou motor de indução Pode ser monofásico e trifásico Prof Ozenir Dias 3 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Identificação dos Motores Os motores elétricos possuem uma placa identificadora colocada pelo fabricante a qual pelas normas deve ser fixada em local bem visível Para se instalar adequadamente um motor é imprescindível entender os dados da placa que são Frequência É a frequência de alimentação do motor em Hertz Hz A frequência da rede no Brasil é 60 Hz más nos outros países da América do sul é 50 Hz CAT Categoria É a classificação do motor segundo a NBR 7094 da ABNT conforme suas características de conjugado em relação à velocidade e a corrente de partida N Conjugado de partida normal corrente de partida normal e baixo escorregamento É utilizado para acionamento de cargas normais com baixo conjugado de partida como bombas máquinas operatrizes etc NY Possui as mesmas características anteriores mas tem a previsão de uma partida estrelatriângulo que reduz a tensão aplicada aos enrolamentos do motor durante a partida H Conjugado de partida alto corrente de partida normal e baixo escorregamento Utilizado para cargas que possuem um maior conjugado de partida como transportadores carregados moinhos etc HY Possui as mesmas características anteriores mas tem a previsão de uma partida estrelatriângulo que reduz a tensão aplicada aos enrolamentos do motor durante a partida D Conjugado de partida alto corrente de partida normal e alto escorregamento Utilizado em prensas e máquinas semelhantes em que a carga apresenta picos periódicos e em elevadores onde a carga necessita de alto conjugado de partida Potência É o valor nominal da potência ativa do motor em CV HP e kW Velocidade de Rotação É a velocidade ou rotação do motor em rotações por minuto rpm Prof Ozenir Dias 4 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Identificação dos Motores FS Fator de serviço É o fator de sobrecarga que o motor suporta em regime contínuo uma reserva de potência caso seja necessário em função de instabilidades da carga As instalações e comandos devem estar preparadas para essa sobrecarga contínua ISOL Classe de Isolamento Limite máximo de temperatura que o enrolamento do motor pode trabalhar em regime contínuo sem que haja redução de sua vida útil As classes são A 105 C E 120 C B 130 C F 155 C G 180 C IPIN Corrente de partida ou corrente de rotor bloqueado esse valor é quantas vezes a corrente de partida é maior que a corrente nominal IP Grau de proteção Indica o quanto o motor está protegido contra as agressividades do ambiente A norma brasileira ABNT NBR 6146 os vários graus de proteção W Máquinas a prova do tempo aplicação naval R Ventilação forçada através de dutos S A máquina deve resistir ao ensaio de penetração de água em condições estáticas M Idêntica a S só que em funcionamento Prof Ozenir Dias 5 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Identificação dos Motores Tensões nominais São as tensões nominais em Volts V para cada tipo de ligação do motor Correntes nominais São as correntes nominais em Amperes A para cada tensão de alimentação do motor REGS Regime Grau de regularidade da carga segunda a norma brasileira ABNT NBR 7094 Prof Ozenir Dias 6 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Motores de Indução Monofásicos Os motores CA monofásicos são largamente utilizados em aplicações domésticas Ventiladores compressores bombas dágua etc De forma geral não é recomendada a utilização de motores monofásicos maiores que 3 cv pois há risco de desbalanceamento de fases do sistema trifásico Os motores monofásicos são os mais amplamente utilizados nas residências nos estabelecimentos comerciais e nas indústrias de pequeno porte Afinal eles trazem muitas vantagens tais como são mais baratos para produzir são eficientes em suas aplicações são mais práticos ao realizar ligações são a melhor solução para redes monofásicas Algumas desvantagens do motor monofásico em relação ao trifásico são Preço maior que um motor trifásico de mesma potência Necessita de maiores cuidados de manutenção Tamanho aumentado para mesma potência Rendimento e fator de potência menores Motores de Indução Trifásico Os motores trifásico são os mais largamente utilizados em conjunto com comandos elétricos e eletrônicos pois são baratos robustos seu sentido de rotação pode ser invertido facilmente e sua velocidade pode ser variada facilmente Não causam desequilíbrio no sistema e atingem potências elevadas Prof Ozenir Dias 7 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquema de ligação motores monofásicos Esquema de ligação motores trifásicos Prof Ozenir Dias 8 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Alimentação Comum Este esquema é usado quando os motores são dispostos linearmente no terreno e suas potências são próximas uma das outras Prof Ozenir Dias 9 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Alimentação Radial Individual Este esquema é usado quando os motores são muito afastadas ou quando as potências são muito diferentes Prof Ozenir Dias 10 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Alimentação Linear com Ramais Curtos Este esquema é usado quando os ramais podem ser curtos menores que 8 metros Sob certas condições podese suprimir a proteção do ramal Prof Ozenir Dias 11 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Alimentação Linear sem ramal de motor Este esquema é usado quando os motores ficam junto ao alimentador Não há necessidade de proteção do ramal Prof Ozenir Dias 12 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Alimentação de pequenos motores nos circuitos de iluminação Este esquema é usado quando os motores ficam junto ao alimentador Não há necessidade de proteção do ramal Prof Ozenir Dias 13 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Esquemas típicos de instalações elétricas de motores Prof Ozenir Dias 14 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Circuitos Alimentadores Condutores Dimensionamento pela Capacidade de Corrente Os condutores de circuito terminal que alimentam um ou mais motores devem possuir uma capacidade de condução de corrente igual ou maior que a soma das correntes nominais de cada motor multiplicadas pelos respectivos fatores de serviços fs I Alimentador σ 𝑓𝑠𝑥𝐼𝑛 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 Exemplo 1 Um alimentador deve abastecer os seguintes motores Elevador social 10 CV Corrente de 266 A fs 125 Elevador de serviço 75 CV Corrente de 205 A fs 1 Bomba dágua 5 CV Corrente de 137 A fs 1 Bomba de recalque de esgotos 1 CV Corrente de 334 A fs 1 Exaustor 1 CV Corrente de 334 A fs 1 Todos os motores são de indução com tensão 220 volts 60 Hz Qual a capacidade de corrente deste alimentador I alimentador 125 266 206 137 334 334 7423 A Pela Tabela 36 verificase que deve ser usado no mínimo o cabo de 25 mm2 supondo que sejam utilizados método de instalação B1 e condutores de cobre com isolação PVC 70 C Prof Ozenir Dias 15 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Circuitos Alimentadores Condutores Dimensionamento pela Queda de Tensão Como já foi visto a queda de tensão admissível pela NBR 54102004 para circuitos de força é de 5 Assim podemos atribuir por exemplo uma queda de tensão de 3 nos alimentadores e de 2 nos ramais As seguintes equações podem ser utilizadas Para circuitos monofásicos ou para corrente contínua S 2𝑥𝑝 σ 𝑖𝑥𝑙 𝑢 Para circuitos trifásicos S 3𝑥𝑝𝑥 σ 𝑖𝑥𝑙 𝑢 S Seção em mm² p resistividade 001785 cobre ou 003125 Alumínio 𝑖 In x Fs u Queda de tensão absoluta 𝑙 Comprimento em metros Durante a partida dos motores a queda de tensão não pode ultrapassar 10 da tensão nominal Prof Ozenir Dias 16 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Se no exemplo anterior admitimos as seguintes distâncias ao CCM Elevadores 30 m bombadágua 10 m exaustor e bomba de recalque 5 m S 3𝑥𝑝𝑥 σ 𝐼𝑥𝑙 𝑢 3𝑥266𝑥30𝑥125206𝑥30137𝑥102𝑥334𝑥5 56𝑥220𝑥003 484 mm² Pela capacidade de corrente deu superior adotar o valor maior 25 mm² Circuitos dos Ramais Condutores Capacidade de corrente Os condutores dos ramais para motores elétricos deverão ser maiores ou iguais ao fator de serviço multiplicado pela corrente nominal do motor para serviço contínuo I ramal fs I motor Queda de tensão Dimensionamento pela queda de tensão Usase a mesma expressão dos alimentadores atribuindose por exemplo uma queda de tensão de 2 Prof Ozenir Dias 17 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Circuitos Alimentadores Proteção CurtoCircuito A capacidade nominal do dispositivo de proteção do circuito alimentador de motores deverá ser maior ou igual à proteção do ramal de maior capacidade mais a soma das correntes nominais dos motores restantes multiplicadas pelo fs se houver I proteção do alimentador I proteção do ramal de maior capacidade σ 𝑓𝑠𝑥𝐼𝑛 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 Proteção dos ramais contra curtoscircuitos A capacidade de proteção dos dispositivos de proteção dos ramais de motores deverá ficar compreendida entre 150 e 300 da corrente nominal do motor conforme o tipo do motor Essa capacidade poderá se aumentada até 400 em condições de partida muito severas Prof Ozenir Dias 18 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção dos ramais contra curtoscircuitos Nos motores de origem americana encontrasse na sua placa a letra código que indica a relação entre a potência em kVA demandada da rede por hp de potência do motor no teste e o rotor preso Nos motores nacionais é usada a relação IpIn Prof Ozenir Dias 19 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção dos ramais contra curtoscircuitos Nos motores de origem americana encontrasse na sua placa a letra código que indica a relação entre a potência em kVA demandada da rede por hp de potência do motor no teste e o rotor preso Nos motores nacionais é usada a relação IpIn Prof Ozenir Dias 20 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção contra sobrecarga e curtocircuito dos motores Proteção dos motores contra sobrecargas Fs de 1 até 115 Ipm InxFs Fs 115 Ipm InxFs 5 Usase para proteção de motores os fusíveis comuns ou disjuntores térmicos Os fusíveis para atenderem bem ao fim a que se destinam devem ter certo retardo a fim de que não atuem com a corrente de partida que pode atingir 10 vezes a corrente nominal Os relés térmicos são dispositivos em geral ligados em série com os circuitos de controle das chaves magnéticas desligandoas quando a corrente atinge determinado valor Dispositivos usados a Relés térmicos não ajustáveis fazendo parte integrante do motor b fusíveis de ação retardada em todos os condutores do ramal não ligados à terra Obs Podemse usar fusíveis comuns desde que o motor parta com tensão reduzida e os porta fusíveis fiquem fora do circuito na partida c chaves magnéticas com relés térmicos contadormotor ajustáveis usadas na partida e proteção dos motores Os relés são instalados nos condutores de fase d Disjuntoresmotores e Disjuntores Prof Ozenir Dias 21 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção contra sobrecarga e curtocircuito dos motores O disjuntormotor é um equipamento que permite a partida e a proteção dos motores de modo compacto além de possuir alta capacidade de interrupção A proteção é assegurada por meio de disparadores térmicos ajustáveis possuindo mecanismo diferencial com sensibilidade para falta de fases Prof Ozenir Dias 22 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção contra sobrecarga e curtocircuito dos motores Exemplo Determinar a proteção de sobrecarga dos motores listados abaixo e o valor de proteção contra curto circuito dos ramais da instalação de motores indicadas abaixo Motores trifásicos 220 V 10 CV 736 kW In 266 A fs 125 Letracódigo A 75 CV 552 kW In 206 A fs 125 Letracódigo A 5 CV 368 kW In 137 A fs 115 Letracódigo A 1 CV 074 kW In 38 A fs 115 Letracódigo J 1 CV 074 kW In 38 A fs 115 Letracódigo J Prof Ozenir Dias 23 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Proteção contra sobrecarga e curtocircuito dos motores Proteção dos motores Sobrecarga Fs de 1 até 115 Ipm InxFs Fs 115 Ipm InxFs 5 10 CV 125x266005x125x266 316 A 75 CV 125x206005x125x206 245 A 5 CV 115x137 157 A 1 CV 115x38 44 A Proteção dos ramais Tabela 10 CV Letra código A 15x125x266 499 Fusível indicado de 50 A 75 CV Letra código A 15x125x206 386 Fusível indicado de 40 A 5 CV Letra código A 15x115x137 236 Fusível indicado de 25 A 1 CV Letra código J 3x 115x38 131 Fusível indicado de 15 A Proteção do Alimentador Apenas contra curtocircuito I proteção do alimentador I proteção do ramal de maior capacidade σ 𝑓𝑠𝑥𝐼𝑛 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 I proteção do alimentador 50 125x206 115x137 2x115x38 100245 A Fusível de 125 A Prof Ozenir Dias 24 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Prof Ozenir Dias 25 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Dispositivos de Seccionamento e Controle dos Motores Os dispositivos de seccionamento devem atuar sobre os condutores vivos da instalação em sua origem Nos sistemas em que há condutor terra e neutro separados o neutro não pode ser seccionado em nenhum sistema o condutor terra pode ser seccionado Cada motor deverá ser dotado da chave separadora individual colocada antes do seu dispositivo de proteção exceto no caso de vários motores acionando as diversas partes de uma mesma máquina caso em que se usa uma única chave para o conjunto Os dispositivos de controle dos motores devem ser capazes de partir e parar os motores mesmo que o motor esteja travado Capacidade das chaves separadoras Para motores fixos em geral a capacidade da chave deverá ser pelo menos de 115 da corrente nominal do motor Para motores de potência igual ou inferior a 15 kW 2 cv e tensão inferior a 300 V o controle pode ser feito por interruptores de uso geral mas com capacidade de corrente igual ou superior ao dobro da corrente nominal do motor Prof Ozenir Dias 26 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Simbologia Prof Ozenir Dias 27 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Em quase todas as concessionárias de fornecimento de energia elétrica permitese partida direta para motores de até 5 CV Partida Direta B1 START B0 STOP Prof Ozenir Dias 28 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Partida com opção de inversão do sentido de rotação B1 Partida no sentido Horário B2 Partida Antihorário B0 Desliga Como inverte o sentido de rotação do motor Prof Ozenir Dias 29 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Acima de 5 CV usam se dispositivos que diminuem a tensão aplicada aos terminais dos motores e dessa maneira limitase a corrente de partida 1 Partida EstrelaTriângulo Estrela 380 V da rede chegará 127 por fase corrente Ip3 Triângulo 220V da rede chegará 220 V Prof Ozenir Dias 30 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Acima de 5 CV usam se dispositivos que diminuem a tensão aplicada aos terminais dos motores e dessa maneira limitase a corrente de partida 1 Partida Estrela Triângulo Vantagens A chave estrelatriângulo é muito utilizada por seu custo reduzido Não tem limite quanto ao seu número de manobras Os componentes ocupam pouco espaço A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 13 Desvantagens A chave só pode ser aplicada a motores cujos seus seis bornes ou terminais sejam acessíveis A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor 220380 380660 V Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 13 da corrente nominal reduzse também o momento de partida para 13 Caso o motor não atinja pelo menos 90 de sua velocidade nominal o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo será semelhante a corrente na partida direta Prof Ozenir Dias 31 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Acima de 5 CV usam se dispositivos que diminuem a tensão aplicada aos terminais dos motores e dessa maneira limitase a corrente de partida 2 Chave compensadora com Autotransformador Utilizada aonde a chave estrelatriângulo é inadequada Utiliza o mesmo procedimento a redução da tensão é feita pelo transformador Prof Ozenir Dias 32 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Partida de Motores Acima de 5 CV usam se dispositivos que diminuem a tensão aplicada aos terminais dos motores e dessa maneira limitase a corrente de partida 1 Chave compensadora com Autotransformador Vantagens Pode ser utilizado com qualquer motor trifásico Necessita apenas de 3 fios no motor O motor permanece sempre energizado mesmo no intervalo de troca dos contatores Corrente de partida entre 42 a 100 da nominal Partida com carga Desvantagens Custo mais caro Ocupa maior espaço Baixo número de manobras consecutivas devido ao autotrafo Autotransformador O autotransformador é um transformador especial com o secundário derivando do próprio primário Prof Ozenir Dias 33 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Softstarter Chave eletrônicas para partidas de motores de indução trifásicos em substituição aos métodos estrelatriângulo chave compensadora ou partida direta Tem a vantagem de não provocar trancos no sistema limitar a corrente de partida evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e proteções Através de comando microprocessado controlam tiristores que ajustam a tensão enviado ao motor Características e vantagens das chaves softstarters são Ajuste da tensão de partida por um tempo prédefinido Pulso de tensão na partida para cargas com alto conjugado de partida Redução rápida de tensão a um nível ajustável redução de choques hidráulicos em sistemas de bombeamento Proteção contra falta de fase sobrecorrentes e subcorrente etc Prof Ozenir Dias 34 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Softstarter Prof Ozenir Dias 35 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Inversor de Frequência Velocidade de rotação de um motor CA é proporcional à frequência de alimentação de acordo com a seguinte equação N 120𝑓1𝑠 𝑝 N Rotação rpm f Frequência da rede p Número de polos s escorregamento Assim a melhor maneira de variar a velocidade de um motor de indução é por meio da variação da frequência de alimentação Os inversores de frequência transformam a tensão da rede de amplitude e frequência constantes em uma tensão de amplitude e frequência variáveis Essa fonte de frequência variável aplicada ao motor permite o controle da sua velocidade A utilização do inversor de frequência proporciona flexibilidade de velocidade com segurança e precisão É possível por exemplo controlar a velocidade do motor sem grandes perdas de torque aceleração suave através de programação frenagem direta no motor sem necessidade de freios mecânicos além de diversas formas de programação de velocidade de acordo com a necessidade da ocasião Prof Ozenir Dias 36 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Inversor de Frequência Vantagens da utilização do inversor de frequência são Substituição de variadores mecânicos e eletromagnéticos Automatização segurança e flexibilidade em processos industriais Instalação simples Diminuição de choques mecânicos na partida do motor Precisão e processos Menos intervenção humana Prof Ozenir Dias 37 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE MOTORES Prof Ozenir Dias 38