02 Princípio de Funcionamento

1
Diagnóstico de Motores Eléctricos 2
Principio de funcionamento do motor de indução
www.DMC.pt
2
PROGRAMA DE FORMAÇÃO 2020
Para mais informações ver www.dmc.pt
3
Sobre a DMC e a D4VIBequipamentos e serviços de
manutenção preditiva
Adaptamo-nos às suas necessidades !
Apoio técnico
Relatórios
4
Tecnologias preditivas

Vibrações
Medição de tensão em veios
Emissão acústica
Análise de motores elétricos
Termografia
Ultrassons
5
Tecnologias corretivas

Equilibragem no local
Alinhamento de veios
Proteção de rolamentos
Calibração de cadeias de monitorização de
vibrações
6
Conteúdo do curso (I)

• 01 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Controlo
  de Condição de Motores Elétricos - uma perspetiva
• 02 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Princípio
  de Funcionamento
• 03 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Modos de
  Falha
• 04 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Frequência
  das vibrações
• 05 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias elétricas e suas vibrações
• 06 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Tipos de
  anomalias mecânicas e suas vibrações
• 07 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Pata coxa

7
Conteúdo do curso (II)

• 08 Diagnóstico de Motores Eléctricos - A Análise
  de Corrente
• 09 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  tensão no Veio
• 10 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Medição de
  Temperatura
• 11 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Vibrações
  em motores DC
• 12 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Proteção
  de rolamentos em motores accionados por
  variadores de frequência.
• 13 Diagnóstico de Motores Eléctricos - Introdução
  à ISO 209582013 - Análise de assinatura elétrica
  de motores de indução trifásicos
• 14 Diagnóstico de Motores Elétricos pela técnica
  de comparação com modelo matemático MCM

8
Índice

• Conceitos de Magnetismo
• O motor eléctrico
• Partes constituintes
• Modo de funcionamento
• Tipos de Motores

9
O íman
Atracção
Polos
10
O íman
Polos
Repulsão
Atracção
11
O íman
Atracção
FERRO
12
O ELECTROIMAN
FERRO
13
O ELECTROIMAN
BOBINE EM TORNO DO NUCLEO DE FERRO
14
O ELECTROIMAN
Quando se liga os fios a uma alimentaçãoeléctrica
gera-se uma campo electomagnético
-

N
S
15
O ELECTROIMANSE A DIRECÇÃO DA CORRENTE MUDAR A
POLARIDADE INVERTE-SE
16
CONCEITOS DE ELECTROMAGNETISMO

• Campo Magnético criado por uma bobina Uma
  bobina é formada por um condutor enrolado em
  forma de hélice cilíndrica ou por várias espiras
  em serie, muito próximas entre si.
• O campo mágnetico resultante é similar ao de um
  iman, aparecendo um polo norte no extremo da
  bobina por onde saem as linhas de força e um pólo
  sul por ontre entra.
• O sentido do campo magnético obtem-se aplicando a
  regra do sacarolhas, fazendo-lo girar no sentido
  da corrente que circule pelas espiras.

17
A corrente alterna muda de fase 50 vezes por
segundo
Num íman electromagnético ocorrerá uma mudança
de polaridade 50 vezes por segundo
18
A corrente trifásica
19
INDUÇÃO MAGNÉTICA

• Um circuito eléctrico (espira) submetido a um
  campo magnético variável sofre a indução de uma
  corrente eléctrica.
• As leis da indução electromagnética conhecem-se
  como Faraday e de Lenz.
• Faraday descobrio que quando um fio conductor se
  move dentro de um campo magnético e corta as
  linhas de fluxo magnético, é induzida nele uma
  força electromotriz proporcinal à variação de
  fluxo.

20
Indução de corrente num condutor
-

gtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgt
Movimento de um condutor num campo magnético
21
Indução de corrente num condutor

-
ltltltltltltltltltltltltltltltltltltltltlt
A direcção da corrente inverte-se se a polaridade
se inverter
22
Lei de FARADAYIndução de corrente num condutor
Barras do Rotor
Anel de fecho
Se dois condutores estiverem ligados e o rotor
rodar nocampo magnético, resulta uma corrente
circular
A direcção da corrente muda duas vezes por
rotação
23
Gerador simples
Barras do Rotor
Anel de fecho
Se dois condutores estiverem ligados e o rotor
rodar nocampo magnético, resulta uma corrente
circular
A direcção da corrente muda duas vezes por
rotação
24
Índice

• Conceitos de Magnetismo
• O motor eléctrico
• Partes constituintes
• Modo de funcionamento
• Tipos de Motores

25
Tipos de Motores Eléctricos
-Estima-se que de 70 a 80 da energia eléctrica
consumida pelo conjunto de todas as industrias
seja transformada em energia mecânica através de
motores eléctricos.
26
Constituição de um Motor de Indução AC
Um electroímanestático
montado em rolamentos
um rotor
uma carcaça
Ventoinha
27
O MOTOR ELÉCTRICO

• Na indústria as categorias mais utilizadas são
• Máquinas de indução (CA)
• Máquinas síncronas (CA)
• Máquinas de corrente continua (CC)

28
Máquinas de Indução

• O funcionamiento baseia-se nas propiedades
  magnéticas da corrente eléctrica e na
  possibilidade de criar, a partir delas, forças de
  atracção e repulsão.
• Lei de Faraday num conductor que se move dentro
  de um campo magnético gera-se uma diferença de
  potencial nos seus extremos proporcional à
  velocidade de deslocamento.

29
Máquinas de Indução

• Caso se tenha um circuito magnético externo, e se
  estableça um fluxo mediante bobinas situadas nos
  polos inductores.

30
Máquinas de Indução

• No circuito magnético interno, de forma
  cilíndrica, existe uma espira curto-circuitada.
  Se giramos a parte exterior a uma velocidade ws,
  constante, gerar-se-á na espira uma força
  electromotriz devida à variação do fluxo que fará
  circular uma corrente cujo sentido será tal que
  tente opor-se à variação do fluxo.

• Na práctica não se move a parte externa, e é
  suficiente um circuito trifásico imóvil
  alimentado com um sistema de tensões tambem
  trifásico. Desta forma obtem-se um campo
  magnético rotativo.

• A circulação da corrente pela espira, na presença
  do campo magnético, dará lugar a um binário
  motriz que a fará girar no mesmo sentido do campo.

31
A alimentação de 3 fases produz um campo
magnético rotativo
Fase A
Fase C
Fase C
32
Estator monofásico
A corrente alterna provoca uma mudança de
polaridade a 50 Hz
33
Estator TrifásicoDE DOIS POLOS
Fase 1
Fase 2
Fase 3
A corrente alterna provoca uma mudança de
polaridade a 50 Hz
34
Rotor

• A diferença fundamental entre o rotor de um motor
  de indução e o de um motor síncrono radica-se em
  que o campo magnético do rotor no caso do de
  indução é o resultado do fluxo de corrente
  induzida nas barras do rotor. Portanto, o rotor
  de gaiola de esquilo num motor de indução não
  está ligado a nenhuma fonte de alimentação
  eléctrica (excitatriz).
• O rotor do motor de indução é formado por uma
  pilha de placas isoladas entre si, semelhantes às
  do estator, mas no interior das suas ranhuras não
  existem enrolamentos de fios conductores, mas sim
  barras, normalmente de aluminio, que vão de um
  extremo ao outro do rotor e que estão unidas
  mecanicamente e eléctricamente aos anéis de
  curtocircuito.

35

• Rotor Gaiola em Esquilo

Anéis de fecho
Barras
O rotor é constituído por um núcleo
ferromagnético, em segmentos (ou fundido) no qual
se inserem as barras, nas quais são induzidas
correntes provocadas pelo campo magnético gerado
no estator.
36
Rotor (Sícrono)

• O rotor consiste num iman montado num veio que
  está centrado no interior do estator e suportado
  sobre em rolamentos ou chumaceiras.
• Este iman, no interior do campo magnético
  giratório do estator, sofre forças magnéticas
  induzidas que o fazem girar à mesma velocidade de
  rotação do campo magnético do estator.
• Este é o fundamento das máquinas síncronas, onde
  o iman do rotor pode ser um iman permanente, mas
  normalmente será um electroiman alimentado por
  corrente continua DC.

37
O entreferro
A folga do entreferro (distância entre o rotor e
o estator) é bastante reduzida, de forma a
aumentar a eficiência do motor
38
Força magnética entre rotor e estator

• O principio fundamental do funcionamento de um
  motor é o binário de forças induzidas
  electromagnéticas.

F força magnética I corrente no estator G -
folga do entreferros K - constante
Em vazio a força magnética é muito fraca !
39
O entreferro

• O elemento que oferece maior resistência ao fluxo
  magnético é o entreferro.
• Como consequência, é importante que o valor do
  entreferro seja pequeno
• É também importante que seja constante em toda a
  circunferência do estator, para evitar
• excentricidades magnéticas,
• distorsões de onda,
• vibrações
• aquecimentos.

40
Rotor em Gaiola de Esquilo

• O Rotor de Gaiola de Esquilo, é formado por
  condutores distribuidos uniformente pelas
  ranhuras periféricas, formados por barras de
  cobre ou aluminio e unidas pelos anéis de
  curtocircuito.

Anel de Fecho
Segmentos do núcleo
Barras condutoras
41
Estator

• Das duas partes que forman o motor o Estator é a
  parte fixa, é o inductor e encontra-se separada
  do rotor por um espaço conhecido como entreferro.
• Este espaço de ar entre o estator e o rotor é
  constante em toda a circunferência.

42
Estator

• O estator compõe-se básicamente de uma série de
  bobinas conductoras dispostas no interior de
  ranhuras de um núcleo de ferro.
• O núcleo de ferro está fortemente fixo à
  estructura da carcaça do motor
• É formado por uma pilha de placas delgadas
  (stacks) de material ferromagnético, isoladas
  entre si para evitar as perdas por correntes de
  Foucault (correntes induzidas no material que
  reduzem a eficiência do motor por aquecimento).

43
Estator

• Bobines constituídas por espiras colocadas em
  cavas (ranhuras) feitas num núcleo condutor

44

• Estator

• Bobines feitas de enrolamentos individuais de
  arame de cobre enrolado
• Cada bobine é isolada das outras bobines
  (esmalte)
• Cada espira é isolada das outras espiras
  (esmalte)

45
Exemplo de Segmento do Estator
Estator

• O núcleo magnético é feito de segmentos de chapas
  magnéticas
• Cada segmento é isolada com uma camada de óxido
  (ou verniz)
• O núcleo magnético tornar-se-á nos pólos do
  electroíman estatórico

• Os materiais magnéticos utilizados para o núcleo
  também são condutores
• A tensão induzida produz corrente, que origina
  subida de temperatura reduzindo a eficiência.
• O núcleo laminado reduz a circulação de corrente.

46
Estator

• As espiras são agrupadas em 3 circuitos
  eléctricos separados (3 fases)
• Quando os enrolamentos estão montados , o
  conjunto do estator é impregnado com um verniz

47

• Sistemas de Isolamento do Estator

• Existem quatro sistemas de isolamento no estator
• Isolamento dos segmentos
• Isolamento das espiras
• Isolamento das bobines
• Verniz de impregnação global

48
Enrolamento Trifásico

• Normalmente, o estator compõe-se de vários
  bobinados independentes no interior das ranhuras
  (slots) do núcleo, e que são alimentados pela
  mesma rede eléctrica, fazendo que o núcleo de
  ferro do estator se converta num electroiman. A
  corrente alterna da rede (50 Hz) induz no estator
  um campo magnético de polaridade alternante na
  razão de 50 vezes por segundo.
• 2 polos 3.000 RPM
• 4 polos 1.500 RPM
• 6 polos 1.000 RPM
• 8 polos 750 RPM

49
Corte do Motor
50

• Arranque do Motor-1

• Quando o motor é alimentado.
• Origina-se um campo magnético rotativo a partir
  das bobinas do estator
• Quando o polo norte do estator passa por diante
  de uma barra do rotor, induz-se uma corrente na
  barra. O mesmo está a ocorrer no polo sul do
  estator com a barra oposta, induzindo-se uma
  corrente no sentido contrário.
• O resultado é uma corrente circular no rotor
  através de uma barra, o anel de fecho e a outra
  barra.
• Este fluxo circular de corrente através do rotor
  em torno das laminas converte o rotor num
  electroiman.

51

• Arranque do Motor - 2

• As forças electromagnéticas são máximas quando o
  rotor está parado
• O campo magnético do rotor tenta alinhar-se
  magneticamente com o do estator.
• O rotor vai aumentando de velocidade de rotação
  numa tentativa de se alinhar com o campo do
  estator.
• A intensidade de corrente no rotor diminui à
  medida que as velocidades se aproximam. Também a
  intensidade do campo magnético rotativo o
  binário diminui.

52

• Arranque do Motor 3

• Chega a uma altura em que o binário gerado pela
  diferença de velocidades é igual à potência
  pedida ao motor a velocidade de rotação
  estabiliza.
• O rotor nunca consegue alcançar a velocidade de
  rotação do campo do estator é esta diferença de
  velocidades que gera o binário ( caso atingisse o
  binário gerado seria nulo)
• Escorregamento

Quando o motor arranca , correntes até 10 vezes o
normal percorrem as três fases.
53
Velocidade de rotação

• Deste modo o motor de indução sempre girará a uma
  velocidade inferior à do campo giratório, e dai
  o nome de assíncrono.
• Velocidade do campo de sincronismo (ns) depende
  dos seguintes parametros
• ns120f/P
• f frequência de alimentação (Hz)
• P numero de polos inductores
• Denomina-se de deslizamento a diferença entre a
  velocidade de rotação (n) e a de sincronismo (ns)

54
Escorregamento( FE )
Frequência de escorregamento 3000-2800 200 cpm
EXEMPLO
55
Velocidade de Rotação do Campo Electromagnético
50 Hz
Nº. Pares de Pólos
2 pólos 3000 RPM 4 pólos 1500 RPM 6 pólos
1000 RPM Etc.
56
Motores de Indução

• Os dados de velocidade de rotação do motor que
  se indicam na sua placa de especificações
  referem-se a condições de plena carga.
• Por exemplo, um motor de 8 polos, 1700 CV e 6000
  volt consumirá 140 amper a plena carga. Caso se
  reduza a carga, o consumo diminuirá e o motor
  aumentará a sua velocidade ligeiramente por cima
  da especificada na placa. Neste tipo de motores a
  velocidade de rotação varia sempre em função da
  carga.

57
Motores de Indução

• Quando um motor arranca desde repouso, a
  corrente induzida nas barras do rotor é
  normalmente 6 vezes maior que o consumo nominal
  indicada na placa para plena carga.
• Produzindo grande quantidade de calor,
• Razão pela qual os motores de grande dimensão têm
  limitado o número de arranques por hora, a
  temperatura máxima de estabilisação entre
  arranques, ou um sistema estrela-triângulo
  temporizado para limitar o consumo no arranque
  preservar o motor de um aquecimento excesivo que
  danifique o isolamento do estator ou as barras do
  rotor.

58
Indice

• Conceitos de Magnetismo
• O motor eléctrico
• Partes constituintes
• Modo de funcionamento
• Tipos de Motores

59
Tipos de Rotor
Anel de Fecho
Segmentos do núcleo
Bobines
Barras condutoras
Segmentos do núcleo
Rotor Bobinado
Gaiola de Esquilo
60
Rotor Bobinado

• Consiste num cilindro formado por discos
  paralelos contiguos e isolados, providos de
  ranhuras isoladas ao longo da sua superficie
  exterior sobre os quais se encontram as espiras
  ou bobinados fechados por si mesmos.
• O objetivo das espiras, é o de fazer circular
  através de elas as correntes induzidas, para
  criar um campo magnético em sentido contrário ao
  que é produzido pelo estator.
• As três fases costumam-se ligar em estrela e os
  terminais livres ligam-se a três anéis colectores
  isolados entre si do veio , sobre os quais
  deslizam escovas. A missão destas escovas é unir
  o bobinado rotórico a um reóstato apropiado.
• O uso destes tipos de motores é menor que os
  anteriores e utiliza-se especialmente para
  motores de grande potência e tamanho, em que a
  corrente de arranque rotórica se regula desde o
  exterior.

61
Rotor Bobinado

• Condições constructivas do bobinado rotórico
  relativamente ao estatórico
• O nº de polos e de fases de ambos os bobinados
  tem de ser igual.
• O nº de ranhuras do rotor e do estator tem de ser
  distinto a fim de evitar pontos mortos no
  arranque do motor.

62
Máquinas SINCRONAS

• A sua velocidade de rotação é constante e
  uniforme, sendo regulada pela frequência da
  corrente de alimentação.
• Utilizam-se no caso de se necessitar grandes
  potências já que apresentam maiores rendimentos.
• Aqui a velocidade será (para 50 Hz)
• ns120.f/P
• 2 polos 3000
• 4 polos 1500
• 6 polos 1000
• 8 polos 750
• 10polos 600
• 12polos 500

63
Máquinas SINCRONAS

• A complexidade apresenta-se ao necessitar de uma
  corrente contínua que excita o rotor (inductor),
  e uma alterna que excita o estator (induzido).
• O campo variável do estator faz girar o rotor a
  uma velocidade fixa e constante de sincronismo
  que depende da frequência da tensão alterna
  aplicada.
• No caso de que a carga aplicada no seu veio
  ultrapasse o valor limite, o motor já não poderia
  seguir as alternancias da corrente no estator,
  desacoplando-se, com o que o rotor poderia
  imobilizar-se rápidamente. Neste caso, a corrente
  do induzido poderia aumentar alcançando valores
  de intensidade alarmantes.

64
Máquinas de CORRENTE CONTINUA

• Nos motores DC, como o seu nome indica, é
  necessário aplicar ao induzido uma corrente
  continua para produzir movimento, assim como no
  inductor (no caso em que seja do tipo de
  electroiman) conhecendo-se esta última como
  corrente de excitação.
• Complexidade constructiva - maior fragilidade,
  pela presença do colector e das escovas.
• O Colector, é o que faz inverter o sentido de
  circulação de corrente nas bobinas do rotor.
• As escovas que transportam a corrente externa
  para o Colector, geram sobretensões e chispas,
  que vão degradando o conjunto Colector.

65
Sistemas de monitorização permanente

Sistemas protetivos e preditivos
Ex
Transmissores de vibrações Monitorização
permanente de vibrações Sistemas
wireless Análise da assinatura de motores
elétricos pela técnica do MCM
Meggitt Vibro-Meter
66
Equipamentos portáteis

• Vibrometros
• Analisadores de vibrações
• Coletores de dados
• Medidores de ultrassons
• Sensores de vibrações

67
Pode ver um artigo sobre este tema neste link
https//www.dmc.pt/analise-de-vibracoes-em-motores
-eletricos/
www.DMC.com
68
Esperamos que esta apresentação tenho sido
interessante