Baixe Documento da Siemens sobre o funcionamento dos Motores CC e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos PUBLICAÇÃO TÉCNICA Edição 01.2006 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA Guia rápido para uma especificação precisa Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 2 1. INTRODUÇÃO As máquinas de corrente contínua podem ser utilizadas tanto como motor quanto como gerador. Porém, uma vez que as fontes retificadoras de potência podem gerar tensão contínua de maneira controlada a partir da rede alternada, pode-se considerar que, atualmente, a operação como gerador fica limitada aos instantes de frenagem e reversão de um motor. Atualmente, o desenvolvimento das técnicas de acionamentos de corrente alternada (CA) e a viabilidade econômica têm favorecido a substituição dos motores de corrente contínua (CC) pelos motores de indução acionados por inversores de freqüência. Apesar disso, devido às suas características e vantagens, que serão analisadas adiante, o motor CC ainda se mostra a melhor opção em inúmeras aplicações, tais como: • Máquinas de Papel • Bobinadeiras e desbobinadeiras • Laminadores • Máquinas de Impressão • Extrusoras • Prensas • Elevadores • Movimentação e Elevação de Cargas • Moinhos de rolos • Indústria de Borracha • Mesa de testes de motores O objetivo deste texto é fornecer base técnica sobre o motor de corrente contínua – aspectos construtivos, princípio de funcionamento, controle de velocidade, vantagens e desvantagens –, e auxiliar o leitor em uma correta seleção. O capítulo 2 apresenta o motor CC e seus aspectos principais: aspectos construtivos, princípio de funcionamento, controle de velocidade, vantagens e desvantagens, oferecendo um conteúdo técnico suficiente para o leitor poder dimensionar um acionamento. O capítulo 3 contém uma série de fatores que influenciam a instalação do motor, tais como grau de proteção, tipos de refrigeração, forma construtiva, ciclo de carga, classes de temperatura, etc, com a finalidade de definir as características do motor que melhor se adequa ao ambiente de trabalho. Finalmente, o capítulo 4 mostra como selecionar corretamente um motor CC, a estrutura de códigos dos motores Siemens e um tutorial passo-a- passo na escolha do tipo adequado. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 5 A figura acima é um desenho esquemático simples de um motor onde o estator é constituído por ímãs permanentes e o rotor é uma bobina de fio de cobre esmaltado por onde circula uma corrente elétrica. Uma vez que as correntes elétricas produzem campos magnéticos, essa bobina se comporta como um ímã permanente, com seus pólos N (norte) e S (sul) como mostrados na figura. Comecemos a descrição pela situação ilustrada em (a) onde a bobina apresenta-se horizontal. Como os pólos opostos se atraem, a bobina experimenta um torque que age no sentido de girar a bobina no sentido anti-horário. A bobina sofre aceleração angular e continua seu giro para a esquerda, como se ilustra em (b). Esse torque continua até que os pólos da bobina alcance os pólos opostos dos ímãs fixos (estator). Nessa situação (c) – a bobina girou de 90o – não há torque algum, uma vez que os braços de alavanca são nulos (a direção das forças passa pelo centro de rotação); o rotor está em equilíbrio estável (força resultante nula e torque resultante nulo). Esse é o instante adequado para inverter o sentido da corrente na bobina. Agora os pólos de mesmo nome estão muito próximos e a força de repulsão é intensa. Devido à inércia do rotor e como a bobina já apresenta um momento angular “para a esquerda”, ela continua girando no sentido anti-horário (semelhante a uma “inércia de rotação”) e o novo torque (agora propiciado por forças de repulsão), como em (d), colabora para a manutenção e aceleração do movimento de rotação. Mesmo após a bobina ter sido girada de 180o, situação não ilustrada na figura, o movimento continua, a bobina chega na “vertical” – giro de 270o –, o torque novamente se anula, a corrente novamente inverte seu sentido, há um novo torque e a bobina chega novamente à situação (a) – giro de 360o. E o ciclo se repete. Essas atrações e repulsões bem coordenadas é que fazem o rotor girar. A inversão do sentido da corrente (comutação), no momento oportuno, é condição indispensável para a manutenção dos torques ”favoráveis”, os quais garantem o funcionamento dos motores. A comutação consiste na mudança de uma lâmina do comutador, onde as bobinas são ligadas em série, para a próxima. Durante esta comutação a bobina é momentaneamente curto- circuitada pelas escovas, o que ajuda a liberar energia a armazenada, antes de a corrente fluir no sentido oposto. Porém, como essa inversão de corrente não é instantânea, uma força eletromotriz é induzida na espira       − dt di L aa , o que origina uma corrente de curto-circuito que circula no coletor, nas espiras e nas escovas. Após o curto-circuito, a interrupção dessa corrente dá origem ao aparecimento de faíscas nos contatos das escovas com o coletor, que podem gerar arcos elétricos perigosos e que danificam o coletor, tendo portanto que ser eliminadas. A fim de eliminar as faíscas, torna-se necessário induzir na espira, durante o curto-circuito, uma força eletromotriz que anule a resultante do processo de comutação, conseguido através dos pólos de comutação, de menores dimensões e situados sobre a linha neutra e percorridos pela mesma corrente do rotor. No entanto estes pólos, além de anularem o fenômeno da comutação, Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 6 enfraquecem o fluxo do estator – fenômeno chamado de “reação magnética do rotor”. Nas máquinas de grandes dimensões esse fenômeno é eliminado através dos enrolamentos de compensação que, ligados em série com o rotor e colocados na periferia dos pólos do estator, geram um fluxo com a mesma intensidade e sentido contrário do fluxo de reação, anulando-o. A figura 4 mostra um desenho esquemático bastante simplificado de um motor CC com apenas uma bobina, o comutador e as escovas. Fig. 4 – Comutador e escovas Em sua forma mais simples, o comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente) no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. A corrente elétrica “chega” por uma das escovas (+), “entra” pela placa do comutador, “passa” pela bobina do rotor, “sai” pela outra placa do comutador e “retorna” à fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de rotação. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 7 2.3. Controle de Velocidade nos Motores CC O modelo do circuito elétrico do motor CC é ilustrado na figura 5. Fig. 5 – Modelo do circuito elétrico do motor CC A Lei de Kirchhoff aplicada ao circuito de armadura resulta em: EIRU aaa +⋅= (1) Onde: Ua = Tensão de armadura Ra = Resistência da armadura Ia = Corrente de armadura E = Força Eletromotriz induzida ou Força Contra-Eletromotriz da armadura Pela Lei da Indução de Faraday, a força eletromotriz induzida é proporcional ao fluxo e à rotação, ou seja: nkE ⋅⋅= φ1 (2) Combinando as eq. (1) e (2), a expressão para a velocidade do motor CC é dada por: φ aaa IRUkn ⋅− = 1 (3) Onde: n = velocidade de rotação k1 = constante que depende do tamanho do rotor, do número de pólos do rotor, e como essas pólos são interconectados. φ = fluxo no entreferro Ra La Ia + - E ωm, C If Rf Lf φ Ua Uf + - + - Circuito de armadura Circuito de campo Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 10 2.4. Tipos de Excitação As características dos motores de corrente contínua são profundamente afetadas pelo tipo de excitação prevista. A tabela 1 apresenta os diferentes tipos de excitação e suas respectivas características. Tabela 1 – Tipos de excitação dos motores CC Tipo de excitação Representação Características Série • Bobinas de campo estão em série com o enrolamento da armadura • Só há fluxo no entreferro da máquina quando a corrente da armadura for diferente de zero (máquina carregada) • Conjugado é função quadrática da corrente, uma vez que o fluxo é praticamente proporcional à corrente de armadura • Conjugado elevado em baixa rotação • Potência constante • Velocidade extremamente elevada quando o motor é descarregado, por isso não se recomenda utilizar transmissões por meio de polias e correias Paralelo • Velocidade praticamente constante • Velocidade ajustável por variação da tensão de armadura Independente • Motor excitado externamente pelo circuito de campo • Velocidade praticamente constante • Velocidade ajustável por variação da tensão de armadura e também por enfraquecimento de campo • São os motores mais aplicados com conversores CA/CC na indústria • Aplicações mais comuns: máquinas de papel, laminadores, extrusoras, fornos de cimento, etc. Composta • Enrolamento de campo independente • Apresenta um fluxo mínimo mesmo com o motor em vazio. + - Ua Ra + - E φ Ia Lf If + - Uf Rf + - V Rf Lf Ra + - E φ I Ia If + - V Rf Lf Ra + - E Campo φ I Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 11 2.5. Vantagens e desvantagens dos acionamentos em corrente contínua Dependendo da aplicação, os acionamentos em corrente contínua são geralmente os que apresentam os maiores benefícios, também em termos de confiabilidade, operação amigável e dinâmica de controle. Por outro lado, esse tipo de acionamento apresenta algumas desvantagens. 2.5.1 Vantagens • Operação em 4 quadrantes com custos relativamente mais baixos • Ciclo contínuo mesmo em baixas rotações • Alto torque na partida e em baixas rotações • Ampla variação de velocidade • Facilidade em controlar a velocidade • Os conversores CA/CC requerem menos espaço • Confiabilidade • Flexibilidade (vários tipos de excitação) • Relativa simplicidade dos modernos conversores CA/CC 2.5.2 Desvantagens • Os motores de corrente contínua são maiores e mais caros que os motores de indução, para uma mesma potência • Maior necessidade de manutenção (devido aos comutadores) • Arcos e faíscas devido à comutação de corrente por elemento mecânico (não pode ser aplicado em ambientes perigosos) • Tensão entre lâminas não pode exceder 20V, ou seja, não podem ser alimentados com tensão superior a 900V, enquanto que motores de corrente alternada podem ter milhares de volts aplicados aos seus terminais. • Necessidade de medidas especiais de partida, mesmo em máquinas pequenas. 3. FATORES QUE INFLUENCIAM A SELEÇÃO DO MOTOR CC 3.1. Grau de proteção As normas internacionais, tais como a DIN 40050, IEC 34-5 e VDE 0530/5, classificam os diferentes graus de proteção mecânica para os equipamentos elétricos. No Brasil, a norma vigente é a ABNT NBR 6146 (baseada na IEC 34-5), que além de classificar os graus de proteção, fornece os métodos de ensaio correspondentes. O grau de proteção mecânica é identificado pelas letras “IP” seguidas de 2 algarismos característicos (tabela 2), podendo ainda, ou não, ser complementado por letras adicionais: Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 12 ALGARISMOS CARACTERÍSTICOS Tabela 2 – Algarismos característicos que definem o Grau de Proteção 1° ALGARISMO 2° ALGARISMO 0 – máquina aberta 0 – máquina aberta 1 – sólidos ≤ 50mm 1 – pingos verticais 2 – sólidos ≤ 12mm 2 – pingos de 15° 3 – sólidos ≤ 2,5mm 3 – pingos de 60° 4 – sólidos ≤ 1mm 4 – pingos / respingos de qualquer direção 5 – proteção contra pó 5 – jatos d’água moderados 6 – blindagem contra pó 6 – jatos d’água potentes 7 – sujeita à imersão 8 – submersível LETRAS SUPLEMENTARES Intermediárias • W: utilizada para condições atmosféricas específicas, segundo um acordo entre fabricante e usuário. Comumente utilizada para designar “máquinas a prova de tempo”, IPW 23, IPW 24 ou IPW 55. • R: Utilizada especificamente para designar máquinas com ventilação através de dutos (IPR 23 ou IPR 44). Esta letra não está padronizada pela ABNT NBR 6146. Finais • S: indica que a máquina deve resistir ao ensaio de penetração de água em condições estáticas. • M: Idem, em funcionamento. IP ( ? ) ( ) ( ) ( ? ) LETRA INTERMEDIÁRIA (W ou R) condições específicas de ensaio LETRA FINAL (S ou M) condições de ensaio 1º ALGARISMO (0 a 6) proteção contra SÓLIDOS 2º ALGARISMO (0 a 8) proteção contra LÍQUIDOS Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 15 Fig. 8 – Regime contínuo (S1) 3.5.2 O regime de tempo limitado S2 No regime S2 (figura 9), as operações são de curta duração, e tão pouco freqüentes que certamente a temperatura do motor retornará a do ambiente antes de uma operação subseqüente. Uma perfeita caracterização do regime S2 para a seleção do motor mais recomendado exige o conhecimento do tempo de funcionamento com carga constante (a ABNT NBR 7094 recomenda a seleção de tempos de 10, 30, 60 ou 90 minutos). Fig. 9 – Regime de tempo limitado (S2) Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 16 3.5.3 Os regimes intermitentes S3 a S8 Nos regimes S3 a S8 (figuras 10 a 15) define-se o fator de duração do ciclo: é a relação entre o tempo de um ciclo em que o motor permanece fornecendo potência à carga (ou fica sendo frenado) e a duração total do ciclo. A partir do conceito de fator de duração do ciclo, é usual caracterizar os regimes intermitentes S3 a S5 como de “carga com longa duração”, “carga de curta duração” e “de tempo curto”, respectivamente; este último verifica-se quando o número de manobras é muito grande por intervalo de tempo, mas quando a carga é solicitada por pouco tempo. Por outro lado, o regime intermitente S6 é usualmente caracterizado como contínuo com carga intermitente “por períodos longos” ou “por períodos curtos” ou ainda “com carga de curta duração”. Deve-se notar que os regimes tipo S1 a S3 e S6 consideram não haver influência térmica no motor devido à partida. De maneira análoga ao exposto no regime S2, uma perfeita caracterização do regime para a seleção do motor mais recomendado exige o conhecimento de: ÿ Para os regimes S2 a S6: o fator de duração do ciclo (15%, 25%, 40% e 60% são os mais recomendados) ÿ Para o regime S7: cada uma das velocidades que compõem o ciclo, as correspondentes velocidades nominais e tempos de duração (10 min é o mais usual) ÿ Para os regimes S4, S5, S7 e S8, pode ser necessário adicionalmente: ß O número de partidas por hora ß O número de frenagens por hora e forma de frenagem ß A inércia acionada (a ABNT NBR 7094 recomenda expressar este parâmetro pela constante de energia cinética H e pelo fator de inércia FI). Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 17 Fig. 10 – Regime intermitente periódico (S3) Fig. 11 – Regime intermitente periódico com partidas (S4) Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 20 3.4. Classe de Temperatura As perdas elétricas e mecânicas em motores elétricos ocorrem com a subseqüente transformação de tais perdas em energia térmica ocasionando o aquecimento das diversas partes da máquina. Para assegurar adequada operação da máquina, o aquecimento de cada uma de suas partes necessita ser mantido dentro de valores compatíveis. A maior limitação é garantir adequado desempenho do sistema isolante dos enrolamentos, pois todos os materiais isolantes conhecidos começam a deteriorar a uma temperatura relativamente baixa. Dessa forma, a máxima potência disponível em dado motor é limitada pela máxima temperatura permissível para os materiais isolantes empregados. Os materiais isolantes que são presentemente utilizados em máquinas elétricas podem ser classificados termicamente, segundo a IEC Publ. 85, nas seguintes classes: • Classe A – abrange materiais fibrosos, à base de celulose ou seda (tipicamente), impregnados com líquidos isolantes e outros materiais similares. A temperatura característica é de 105º C. • Classe E – abrange algumas fibras orgânicas e sintéticas e outros materiais; sua temperatura característica é de 120º C. • Classe B – abrange materiais à base de poliéster e poli-imídicos aglutinados com materiais orgânicos ou impregnados com estes. A temperatura característica dessa classe é de 130º C. • Classe F – abrange materiais à base de mica, amianto e fibra de vidro, aglutinados com materiais sintéticos, usualmente silicones, poliésteres e epóxis. Temperatura característica de 155º C. • Classe H – abrange materiais à base de mica, asbestos ou fibra de vidro, aglutinados tipicamente com silicones de alta estabilidade térmica, apresentando temperatura característica de 180º C. Os materiais de classes B e F são usuais hoje, nos mercados nacional e internacional de motores elétricos; por razões econômicas, a utilização de materiais classe H é restrita principalmente a máquinas de corrente contínua, onde a redução na massa dos motores obtida com a utilização de materiais dessa classe apresenta vantagens de custo. Sempre que se aborda a questão “temperatura do motor”, é necessário distinguir três parâmetros: • A temperatura ambiente, associada à temperatura do meio refrigerante; • A temperatura do enrolamento, ou seja, a temperatura média nas diferentes regiões do mesmo; • A temperatura do ponto mais quente. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 21 Na ausência de qualquer informação específica sobre a área onde serão instalados os motores, admite-se uma temperatura ambiente de 40º C. Considerações sobre a temperatura ambiente serão feitas no item 3.5. A figura 16 ilustra as classes de temperatura dos motores descritas acima. Fig. 16 – Classes de temperaturas dos motores elétricos Os motores de corrente contínua da Siemens utilizam o sistema de isolação DURIGNIT 2000, composto de materiais plásticos com alta capacidade de sobrecarga térmica e resistência mecânica. Além disso, ele atende aos requerimentos dos motores que operam em condições tropicais (clima quente e úmido). Os motores dos tipos 1G.5 e 1H.5 pertencem à classe de temperatura F (sobrelevação de 100º C, com temperatura ambiente de 40º C). Para utilização como classe de temperatura B (sobrelevação de 80º C), deve-se aplicar um de-rating de 13%, ou seja, a potência fica limitada em 87% da potência nominal (106% da velocidade, apenas para as carcaças 100 a 160). Os motores dos tipos 1G.6/1G.7 e 1H.6/1H.7 pertencem à classe de temperatura H (sobrelevação de 125º C, com temperatura ambiente de 40º C). Para utilização como classe de temperatura F (sobrelevação de 100º C), deve-se aplicar um de-rating de 8%, ou seja, a potência fica limitada em 92% da potência nominal (103% da velocidade). 3.5. Temperatura ambiente e altitude da instalação Dois fatores extremamente importantes na caracterização do ambiente são a temperatura e a altitude de instalação do motor. A primeira define a temperatura do meio refrigerante no caso de motores que trocam calor com o ar ambiente; a segunda, como está relacionada com a densidade do ar, impõe condições à eficiência da dissipação. 3.5.4 A temperatura Os sistemas isolantes, como já vistos, são idealizados para uma temperatura ambiente máxima de 40º C. Para temperaturas acima de 40º C, devem-se utilizar motores isolados com 10 A E B F H Temperatura ambiente Sobrelevação média Acréscimo para o “Ponta o mais quente” 40 40 40 40 40 60 75 80 100 125 5 5 15 15 Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 22 materiais de classe de temperatura superior a sobrelevação. Observe a tabela 3 para calcular o decréscimo nos valores limites da sobrelevação nesses casos. 3.5.5 A altitude À medida que os motores têm que operar a altitudes maiores, o decréscimo na densidade do ar leva a uma dissipação de calor inferior àquela verificada ao nível do mar; praticamente, na faixa de 0 a 1000m de altitude assume-se a dissipação constante, para uma dada temperatura ambiente. Deve-se portanto, ter em mente que motores com sistemas isolantes de mesma classe de temperatura, operando em ambientes de mesma temperatura, mas de altitudes diferentes, desde que ambas sejam acima de 1000m, ou pelo menos uma delas, devem ter sobrelevações diferentes, isto é, aquele instalado à maior altitude deve ser solicitado a uma potência menor. A tabela 3 procura sintetizar situações possíveis, quer para ambientes de até 1000m de altitude, como para aqueles acima de 1000m. Tabela 3 - Efeitos da variação combinada da temperatura e altitude ambientes Temperatura ambiente (do meio refrigerante) Altitude ≤ 1000 m 1000 m < altitude ≤ 4000 m Θ < 30º C Os limites de sobrelevação são acrescidos de 10º C. Os limites de elevação são acrescidos de 10º C e decrescidos de 1% para cada 100m acima de 1000m. 30º ≤ Θ < 40º C Os limites de sobrelevação são acrescidos de (40º C – temperatura ambiente) Os limites de sobrelevação são acrescidos de (40º C – temperatura ambiente) e decrescidos de 1% para cada 100m acima de 1000m. Θ = 40º C Condição padrão Os limites de sobrelevação são decrescidos de 1% a cada 100m acima de 1000m. 40º < Θ ≤ 60º C Os limites de sobrelevação são decrescidos de (temperatura ambiente – 40º C) Os limites de sobrelevação são decrescidos de (temperatura ambiente – 40º C) + 1% do limite para cada 100m acima de 1000m. Θ > 60º C Exige projeto específico Exige projeto específico Para a seleção do motor CC na prática, a Siemens disponibiliza as curvas de redução de potência para instalações com temperaturas ambientes superiores a 40º C e altitudes superiores a 1000m (vide figura 17). Além disso, como a redução da potência é resultado da redução das correntes de armadura e de campo, o motor passa a trabalhar na região de enfraquecimento de campo, tendo, portanto, sua velocidade de operação aumentada. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 25 No sistema simplificado, após as letras “IM” segue-se a letra B para motores de eixo horizontal e a letra V para motores de eixo vertical e em seguida um número com um dois algarismos que definem a existência ou não de pés e/ou flanges, tipo da ponta de eixo e direção (para cima/para baixo no caso de motores de eixo vertical), acessibilidade da flange, existência ou não de tampas laterais e a fixação (no piso, no teto, em paredes, etc.) A tabela 6 apresenta algumas formas construtivas usuais, assim como sua codificação pelo sistema “simplificado”, para motores de eixo horizontal e eixo vertical. Tabela 6 – Formas construtivas usuais Sistema Simplificado Sistema Completo Ilustração Descrição IM B3 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre à esquerda/direita Montada sobre estrutura2 IM B35 IM 2001 Com pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre à esquerda/direita Montada sobre estrutura pelos pés, com fixação suplementar pelo flange IM B5 IM 3001 Sem pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre à esquerda/direita Montada sobre estrutura pelos pés, com fixação suplementar pelo flange IM V1 IM 3011 Sem pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre para baixo Fixação pelo flange em baixo IM B6 IM 1051 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre à esquerda Montada em parede, pés à esquerda olhando-se do lado do acionamento IM B7 IM 1061 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre à direita Montada em parede, pés à direita olhando-se do lado do acionamento IM B8 IM 1071 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre à direita/esquerda Montada em parede, pés para cima olhando-se do lado do acionamento IM V15 Com pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre para baixo Montada em parede ou sobre estrutura com fixação suplementar pelo flange em baixo 2 Bases, placas de base, fundações, trilhos, pedestais, etc. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 26 IM V3 IM 3031 Sem pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre para cima Fixação pelo flange em cima IM V36 Com pés, com flange do lado do acionamento, acessível pela sua traseira Ponta de eixo livre para cima Montada em parede ou sobre estrutura com fixação suplementar pelo flange em cima IM V5 IM 1011 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre para baixo Montada sobre parede ou sobre estrutura IM V6 IM 1031 Com pés, sem flange Ponta de eixo livre para cima Montada em parede ou sobre estrutura 3.7. Posição da caixa de ligações A correta especificação da posição da caixa de ligações é importante, principalmente em motores de grande porte, pois usualmente a posição dos cabos de alimentação é definida quando da realização da obra civil de preparo da base do motor antes, portanto, de sua disponibilidade física na obra ou instalação. Segundo a norma brasileira ABNT, a posição da caixa de ligação é codificada olhando-se para a caixa de ligação e verificando-se o lado (esquerdo ou direito) onde está a ponta de eixo; no primeiro caso, para um motor com pés e eixo horizontal (vide item 3.6) ter-se-á um motor B3E (ou B35E, etc); no segundo caso, ter-se-á um motor B3D (ou B35D, etc). Caso a caixa de ligações seja instalada no plano paralelo ao plano dos pés, na parte superior da carcaça, ter-se-á uma forma construtiva B3T (ou B35T, etc). Cuidado! A norma IEC codifica a posição da caixa de ligação olhando-se para a ponta de eixo, sendo, dessa forma, o contrário da norma ABNT. Portanto, a caixa de ligação à esquerda (código K10) para os motores de corrente contínua da Siemens corresponde à forma construtiva B3D, e vice-versa. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 27 4. SELECIONANDO UM MOTOR CC 4.1. Estrutura do código dos motores Siemens O código do motor Siemens é composto de uma combinação de letras e números, divididos em três blocos separados por hífens. O primeiro bloco (posições 1 a 7) identifica o tipo da máquina; o segundo e terceiro blocos (posições 8 a 12, e 13 a 16, respectivamente) definem outras características do motor. Além disso, a presença de opcionais é identificada com a letra “Z”, seguida de um hífen, à direita do terceiro bloco. Cada opcional é descrito por um conjunto de três dígitos (uma letra e dois números). A tabela 7 ilustra a estrutura e o significado do código dos motores Siemens. Tabela 7 – Estrutura do código dos motores Siemens Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 30 4.2.4. Potência/Conjugado e Rotação requeridos Do ponto de vista da carga, o motor deve atender ao conjugado requerido na rotação especificada. Geralmente, os dados fornecidos pelo cliente são POTÊNCIA E ROTAÇÃO. O torque pode ser deduzido pela expressão: ⇒=⇒=⇒⋅= N PT w PTwTP π2 60 N PT ⋅= 55,9 (8) Onde: T é dado em N.m P deve ser dado em W N deve ser dado em RPM Neste ponto, cabe uma observação sobre a curva de conjugado do motor (figura 6). Atente para o fato de que um motor pode atender à especificação do cliente na região de conjugado constante, OU na região de enfraquecimento de campo. Isso é extremamente importante para se evitar um superdimensionamento do motor. Acima da velocidade nominal, o conjugado pode ser deduzido da eq. (8), uma vez que nessa região a potência é constante. Se o motor atender à especificação na região de enfraquecimento de campo, deve ser levado à APROVAÇÃO DO CLIENTE. 4.2.5. Tensão de Campo A tensão de campo refere-se ao 11° dígito do código do motor. Os valores da tensão de campo, recomendados pela norma DIN 40 030, podem ser selecionados segundo mostra a tabela 8, utilizando o respectivo número para o 11º dígito ou o código suplementar. Tabela 8 – Tensões de campo padrão Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 31 Se for necessária uma tensão de campo que não se encontra na tabela 8, o número “9” deve ser selecionado para a 11º posição, o código conforme a tabela 9 deve ser especificado e o valor da tensão deve ser dado como texto explicativo. Tabela 9 – Tensões de campo fora do padrão 4.2.6. Forma Construtiva A forma construtiva é definida pelo 12° dígito do código do motor. A tabela 10 fornece os valores da 12º posição para as respectivas formas construtivas. No caso do número “9”, o código para a forma construtiva também deve ser especificado. Tabela 10 – Formas construtivas para os motores com carcaças 100 a 280. Os motores com carcaças 355 a 630 são fornecidos no catálogo apenas em IM B3. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 32 4.2.7. Posição da Caixa de Ligações e Entrada de Cabos A posição da Caixa de Ligações deve ser escolhida em conjunto com a posição do ventilador ou da conexão do duto de refrigeração para que não haja incompatibilidade na construção mecânica do motor. A caixa de ligações pode ser estar no topo, no lado direito, ou esquerdo do motor. IMPORTANTE! A posição da caixa de ligações descrita no catálogo é sempre vista da ponta de eixo do motor. Dessa forma, caixa de ligações à esquerda, equivale, por exemplo, ao código ABNT IM B3D, e vice-versa. A posição da entrada de cabos na caixa de ligações também deve ser especificada. Cada uma das escolhas acima se refere a um opcional (-Z), que deve ser incluído no código (MLFB) do motor, a menos que a versão selecionada seja padrão. Vide página 3/137 do catálogo DA 12-2004. 4.2.8. Temperatura ambiente e Altitude de Instalação Os motores 1GG e 1GH são preparados para operar em ambientes com temperaturas menores que 40°C (inclusive) e altitudes abaixo de 1000m (inclusive). Caso as características da instalação sejam diferentes das citadas acima, deve-se observar os gráficos de potência e rotação em função da temperatura ambiente e da altitude de instalação para se prever o de-rating. Vide página 2/2 do catálogo DA 12-2004. 4.2.9. Opcionais À versão padrão dos motores CC, podem ser adicionadas uma ampla variedade de opcionais, de acordo com a necessidade da aplicação. Chamamos a atenção para os mais freqüentemente consultados. a. Dispositivos de Proteção e Monitoramento (pág. 3/139 do catálogo DA 12-2004) ß Termistor PTC para alarme e/ou desligamento ß Sensor de temperatura tipos KTY 84-130 ou PT100 ß Monitoramento do comprimento das escovas b. Tacômetros e Geradores de Pulso (pág. 3/140 do catálogo DA 12-2004) ß Tacômetros são definidos por Volts/1000RPM. ß Geradores de pulso (encoder) são definidos por PULSOS/REVOLUÇÃO. Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 35 5. Forma Construtiva IM B3 ⇒ 1GG5 164-0GG40-6WV1 6. Grau de Proteção IP 23, oferecido como padrão pelo motor 1GG5. 7. Dados adicionais sobre o ventilador Posição, montado no topo. Sentido do fluxo de ar, da parte traseira para frontal, com tomada de ar a partir da parte frontal: Ventilador montado na parte traseira ⇒ G05. 8. Posição da Caixa de Ligações e Entrada de Cabos Posição da caixa de ligações: IM B3D, lado esquerdo visto da ponta de eixo ⇒ K10 Entrada de cabos por baixo ⇒ versão padrão. 9. Temperatura Ambiente e Altitude de Instalação Temperatura ambiente<40°C e altitude de instalação<1000m. ⇒ não há de-rating. 10. Opcionais Tacômetro: 60V/1000RPM ⇒ H14 Proteção térmica dos enrolamentos: PTC para alarme e desligamento ⇒ A12. Código final do motor: 1GG5 164-0GG40-6WV1-Z, Z=G05+K10+H14+A12 Siemens LTDA Unidade Automação e Controle – Acionamentos e Motores Elétricos www.siemens.com.br/motores 36 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] COGDELL, J.R. “FOUNDATIONS OF ELECTRIC POWER”. Prentice Hall. [2] LOBOSCO, O. S., DIAS, J. L. C. “SELEÇÃO E APLICAÇÃO DE MOTORES ELÉTRICOS ”. McGraw-Hill, Volume 1. [3] STMicroeletronics – Total System Solutions for Motor Control http://www.us.st.com/stonline/products/support/motor/ [4] Feira de Ciências http://www.feiradeciencias.com.br/ Sobre o autor: Eng. FLAVIO HONDA Gerente de Produto, no departamento “Acionamentos e Motores Elétricos”, da Siemens LTDA, Unidade Automação e Controle. Engenheiro Mecatrônico pela Escola Politécnica da USP (EPUSP). SIEMENS Drive Technology: Mundo em Movimento