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autoa04, Notas de estudo de Automação

04. Eletricidade: acionamento de motores elétricos - Telecurso 2000 - Cursos profissionalizantes - Automação

Tipologia: Notas de estudo

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hugo-makoto-6
hugo-makoto-6 🇧🇷

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Baixe autoa04 e outras Notas de estudo em PDF para Automação, somente na Docsity! 4 A U L A Como se pode converter energia elétrica em energia mecânica? Considere a situação descrita a seguir. Tic-tac, blamp-blump, zuuuummmm... São as máquinas em movimento. É o movimento automatizado das máquinas que substitui na prática o trabalho humano. Vamos examinar o trabalho mecânico das máquinas. Quando as lâminas de um liquidificador giram para triturar uma fruta, ou quando um robô ergue uma peça, podemos dizer que essas máquinas estão desenvolvendo sua capacidade de trabalho mecânico, isto é, sua energia mecânica. Mas energia é alguma coisa muito séria para ser produzida por uma máquina. Em geral, as máquinas não produzem energia. Elas apenas convertem a energia que recebem em outra forma de energia. As máquinas elétricas convertem energia elétrica em energia mecânica para poderem trabalhar. Pode reparar: o liquidificador tem lá um motorzinho que gira quando ligado na tomada, o robô tem motores elétricos que são acionados para movimentar mecanismos que erguem, giram, agarram e soltam. E outras máquinas também possuem motores elétricos que são os responsáveis pela conversão da energia elétrica em energia mecânica. Nesta aula, vamos estudar o princípio de funcionamento dos motores elétricos, tão importantes para a automação de equipamentos e processos de fabricação quanto os motores a combustão para os automóveis. Sem eles, simplesmente não haveria automação. Apresentaremos também alguns dos modelos de motores elétricos existentes, destacando suas diferenças e aplicações. Princípio de funcionamento O funcionamento dos moto- res se baseia num princípio físico relativo ao campo magnético gerado ao redor de um condutor quando percorrido por uma cor- rente elétrica. Eletricidade: acionamento de motores elétricos 4 U L A Um problema 4 A U L A Campos magnéticos de mesma polaridade se repelem e campos magnéticos de polaridade diferente se atraem. A finalidade de um motor elétrico é gerar movimento. Assim, sua construção deve prever peças móveis que se movimentem de acordo com o campo magnético gerado pela corrente elétrica que percorre os condutores do motor. Os elementos básicos de um motor são: Estator - pelo nome, podemos deduzir que se trata de uma parte fixa. Nesta parte do motor normalmente existem campos magnéticos fixos, criados por ímãs permanentes ou eletroímã. Rotor - é uma parte móvel do motor, ligada ao eixo de transmissão de movimento. Nesta parte do motor normalmente existem bobinas, percorridas por correntes elétricas que geram campos magnéticos. Em função da polaridade, os campos magnéticos submetem o rotor a forças de atração e repulsão, produzindo o movimento giratório do rotor. Coletor ou comutador - esta parte do motor liga as bobinas à rede elétrica, de modo que o rotor se movimenta sem curtos-circuitos nos fios ligados à rede elétrica. Bobinas - são enrolamentos de condutores percorridos por corrente elétrica. Devido ao fluxo de elétrons, os enrolamentos ficam submetidos a um campo magnético que interage com o campo magnético do estator, gerando o movimento desejado. Escovas – são contatos do comutador. Em resumo, o magnetismo de ímãs em movimento gera corrente elétrica em circuitos fechados ou bobinas de condutores. Também ocorre o efeito contrário: corrente elétrica num condutor gera magnetismo ao seu redor, formando um campo magnético. Campo magnético: espaço localizado ao redor de um ímã ou de um fio percorrido por corrente elétrica, e no qual ocorrem fenômenos magnéticos de atração e repulsão entre corpos. 4 A U L A Motores de indução de bobina auxiliar Outros motores utilizam uma bobina auxiliar, que dá aquela “mãozinha” no início. Há duas bobinas no estator: uma de fio mais grosso e com grande número de voltas (é a bobina principal) e outra de fio mais fino e com poucas voltas, usada somente na partida. Este motor gira porque há uma diferença entre os magnetismos gerados nas bobinas. Enquanto a bobina auxiliar está operando, o magnetismo decorrente da diferença entre as duas bobinas vai mudando de posição e fazendo o rotor girar. Depois da partida, um interruptor automático existente no motor corta a corrente da bobina auxiliar e o motor continua funcionando normalmente, apenas com o magnetismo da bobina principal. Motores de indução de anel têm potência máxima na faixa dos 300 watts, e são usados para acionar cargas leves. Os de bobina auxiliar chegam a 600 watts. E, por encomenda, pode-se obter motores de potência ainda maior. Máquinas trifásicas Os motores de corrente alternada, de que tratamos até aqui, funcionam com uma só tensão elétrica: 110 V, 220 V ou outras. Estas tensões são aplicadas por meio de dois fios, um deles chamado fase e o outro neutro. Motores que funcionam assim são chamados monofásicos. As turbinas das hidrelétricas produzem três tensões, porque têm três bobinas com seus centros distanciados cerca de 120 graus um do outro. As tensões se apresentam em três fases e suas variações são descompas- sadas (atrasadas umas em relação às outras), embora variem sempre no mesmo ritmo (60 vezes por segundo). Esse sistema é chamado trifásico, e é muito usado em instalações industriais. 4 A U L A As máquinas elétricas se dividem em: · alternadores, que geram energia elétrica a partir do movimento mecânico rotor; · motores, que empregam energia elétrica para realizar um movimento (energia mecânica). Motor elétrico trifásico O estator do motor trifásico possui três enrolamentos, distantes 120° um do outro. São preparados para receber as tensões do sistema trifásico. Quando as tensões elétricas do trifásico, atrasadas entre si, são aplicadas às três fases do estator, forma-se um magnetismo que vai mudando de posição e gira conforme o tempo vai passando. Esse magnetismo giratório induz correntes no rotor. A partir daí, já sabemos o que acontece: o magnetismo força o rotor, sustentado por mancais que acompanham seu movimento. Nos fios do rotor bobinado pode-se ligar resistências externas que permitem controlar a corrente no rotor. Altas correntes significam altas velocidades. Os motores trifásicos são utilizados em aplicações que requerem acionamento de cargas pesadas, como guindastes, pontes rolantes e equipamentos trans- portadores. Podem ser ligados em tensões elétricas de 220 V, 380 V, 440 V e 760 V. Posição e velocidade dos motores elétricos Os motores elétricos usados em sistemas de automação geralmente requerem algum controle. Pense num robô que retira uma peça usinada de um torno CNC e a coloca sobre a bandeja de um veículo de transporte. Seus movimentos seriam: · saindo de uma posição conhecida, partir e acelerar; · ao aproximar-se de uma posição favorável de ataque à peça, desa- celerar até parar; · aproximar-se da peça a baixa velocidade; · parar e agarrar a peça; · partir de volta e acelerar; · desacelerar até parar numa posição favorável para soltar a peça no veículo; · soltar a peça. Os motores elétricos envolvidos neste movimento devem ter controle de velocidade (para aceleração e desaceleração) e de posicionamento. São controles críticos porque se o robô se aproximar da peça numa trajetória errada, dependendo da velocidade de aproximação poderá colidir com algum acessório ou quebrar a peça. O mesmo poderia acontecer na hora de soltar a peça. Em outras situações, esses controles são determinantes para a qualidade e confiabilidade do trabalho produzido pelas máquinas. Para fresar uma peça numa máquina CNC, costuma-se utilizar três motores elétricos: um para movimentos horizontais, outro para movimentos verticais e um terceiro para movimentos em profundidade. O controle de velocidade e de posicionamento dos três motores mantém as peças dentro de especificações quanto à posição de furos, à profundidade de cavidades etc. 4 A U L AO controle de velocidade e de posicionamento é feito em ciclos de realimentação (feedback), nos quais a posição e a velocidade de deslocamento constituem informações importantes para o controle do motor. Motores elétricos utilizados em ciclos de realimentação normalmente já vêm com sensoriamento acoplado ao seu eixo. Neste caso, o motor passa a receber a designação de “servomotor”, pois torna-se um “escravo” total do ciclo de realimentação. Existem servomotores de corrente contínua e de corrente alternada. Ao receber os sinais elétricos dos sensores, o módulo de controle opera de modo a variar a potência elétrica do motor. Isto costuma ser feito alterando-se os valores das tensões elétricas entregues ao motor ou, ainda, controlando-se o tempo durante o qual o motor recebe essas tensões. Hoje, o elemento de comparação é construído por meio de computador ou, no mínimo, com dispositivo eletrônico com características de computador. O computador deve estar preparado com um programa capaz de receber sinais (na forma de tensões elétricas), compará-los com valores preestabelecidos e devolver sinais para o controle assumir as ações necessárias em relação ao motor: partir, acelerar, desacelerar, parar, conforme o caso. Motor de passos Os ciclos de realimentação, que incluem sensores para indicar a posição e a velocidade do motor, tornam complicado aquilo que parecia simples. Para girar um motor até uma determinada posição, com velocidade controlada, são necessários equipamentos sofisticados. Entretanto, existe um tipo de motor que, como veremos, não requer sensoriamento, pois se “comporta muito bem”: é o motor de passos. Este motor, como diz o nome, gira a partir de combinações de tensões que são aplicadas em suas bobinas. Na realidade, para que eles funcionem, é necessária a informação de quantos passos o motor deve se deslocar, a partir da posição original. Portanto, não é necessário um sistema de sensoriamento para verificar a posição em que o motor se encontra, pois ele sempre estará a N passos da posição de origem (N é o número de passos indicado pelo controlador). A precisão do deslocamento destes motores é indicada pelo valor de cada passo, dado em graus. Por exemplo: se um motor de passos tem precisão de 1,8°, isto significa que, em cada combinação de tensão aplicada ao motor, ele se desloca 1,8°, ou seja 1/200 avos de uma volta completa. Para o motor dar uma volta completa de 360°, é necessário que o controlador gere 200 combinações de tensões, isto é, 200 passos. A potência desses “motorzinhos” é pequena, por isso sua aplicação principal é o acionamento de cargas leves. Utilizam-se motores de passos em periféricos de computador (impressoras, plotters, acionadores de disco). Também aparecem em robôs transportadores de cargas leves, e mesmo em algumas máquinas-ferramenta CNC de pequeno porte.
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