Universidade Federal de Minas Gerais
Departamento de Engenharia Elétrica
Curso de Graduação em Engenharia Elétrica
Tecnologia de Máquinas Elétricas
Parte 4
Estrutura das Máquinas de Indução
Aspéctos construtivos
Estrutura mecânica
1.
Carcaça: estrutura de suporte do
conjunto; ferro fundido, aço ou
alumínio injetado;
2. Núcleo do estator: chapas de aço
magnético, tratadas termicamente
para redução de perdas;
3. Núcleo do rotor: mesmas
características do núcleo do estator;
4. Tampa: fechamento da máquina e
suporte mecânico do rolamento;
5. Ventilador;
6. Tampa defletora;
7. Eixo: transmite a potência mecânica
desenvolvida pelo motor. É tratado
termicamente para evitar problemas
como empenamento e fadiga;
8. Enrolamento trifásico;
9. Caixa de ligação;
10. Terminais;
11. Rolamentos;
12. Barras e anéis de curto-circuito:
alumínio injetado sob pressão numa
única peça.
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Foto: WEG
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Montagem
Foto: WEG
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Estrutura mecânica
•
Funções da estrutura
mecânica:
– Transmissão do conjugado
para o suporte do motor: deve
ser projetada para suportar
forças de torção e impactos;
– Ventilação: direcionamento do
fluxo de ar;
– Isolamento das partes vivas e
rotativas;
•
Tipos de estrutura:
– Aberta (protegida contra
respingos);
– Fechada;
•
Construção:
– Ferro fundido;
– Peças soldadas (Motores de
alta potência)
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Dimensões padrão
• Necessidade de estabelecer-se um conjunto de
dimensões nas quais os usuários de motores elétricos
possam se basear;
• Agências normalizadoras:
– NEMA: National Electrical Manufacturers Association;
– IEC: International Electrotechnical Commission;
– ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas:
• NBR-5432;
• A grande maioria dos motores elétricos no mumdo são
fabricados seguindo uma destas dimensões padrão;
• Apenas as dimensões de montagem são padronizadas:
– O dimensionamento do núcleo magnético fica a cargo do
projetista;
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Dimensões Padrão
Fonte: Alger
Fonte: WEG
Foto: WEG
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Padrão NEMA
• Código: XXYT
– XX: Quatro vezes a altura do eixo, H (em polegadas);
– Y: Comprimento da carcaça (B) ou distância entre os pés do
motor;
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Formas construtivas padronizadas
• Arranjo das partes contrutivas das máquinas com
relação a sua fixação, a disposição dos mancais e a
ponta do eixo:
– NBR-5031, IEC 34-7, DIN-42955, NEMA MG 1-4.03
• NBR-5432:
– A caixa de ligação do motor deve ficar situada de modo que a
sua linha de centro se encontre num setor compreendido entre o
topo do motor e 10 graus abaixo da linha de centro horizontal
deste, do lado direito, quando o motor for visto do lado do
acionamento.
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Fonte: WEG
Formas construtivas padronizadas
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Núcleo Magnético
•
•
•
•
Aço silício (1 a 3.5% de silício);
Laminação para redução das correntes parasitas;
Isolação entre lâminas: verniz, oxidação, etc.
Estampagem em peça única para máquinas com
diâmetro menor que 1m [Alger];
• Máxima densidade de fluxo no núcleo: ≈1.5T;
• Recozimento do aço para recuperar as propriedades
magnéticas após a estampagem (em geral não é feito);
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Enrolamentos
• Enrolamentos de estator: baixa indutância de dispersão;
distribuição senoidal;
• Estruturas mais comuns:
– Dupla camada, passo encurtado;
– Camada simples, concêntrico;
•
Conexão de circuitos em paralelo:
– Redução da bitola dos condutores;
– Balanceamento da distribuiçao de fluxo (conexão de pólos em
paralelo);
• Número de espiras: Tensão;
• Bitola: Corrente e espaço disponível na ranhura;
• Enrolamento de rotor:
– Enrolamentos trifásicos;
– Gaiola de esquilo: Alumínio ou bronze;
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Ventilação e variação de temperatura
• Necessidade da limitação de temperatura:
– A deterioração dos isolantes e lubrificantes cresce com a
temperartura. Um aumento de 8 a 10 graus na temperatura da
isolação reduz sua vida útil pela metade;
– A resistividade do cobre cresce linearmente com a temperatura;
– Estresse mecânico devido aos diferentes coeficientes de
dilatação do materiais que compõe a máquina;
• Classes de isolação (NBR-7094):
–
–
–
–
–
A: 105 oC;
E: 120 oC;
B: 130 oC;
F: 155 oC;
H: 180 oC;
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Aquecimento do enrolamento
•
•
•
•
Calor gerado pelas perdas elétricas e magnéticas;
Dissipação através da superfície externa da carcaça;
Ventilação forçada em motores fechados;
Fatores que influenciam a dissipação de calor:
– Eficiência do sistema de ventilação;
– Área total de dissipação da carcaça;
– Diferença de temperatura entre a superfície externa da carcaça
e do ar ambiente (text – ta);
• Um sistema de resfriamento eficiente é aquele que
consegue dissipar a maior quantidade de calor
disponível, através da menor área de dissipação:
– A queda interna de temperatura deve ser minimizada: deve
haver uma boa transferência de calor do interior do motor até a
superfície externa.
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Aquecimento do enrolamento
•
•
•
•
•
•
•
Diferença ∆T: elevação de
temperatura;
A: Ponto mais quente do
enrolamento;
AB: Queda de temperatura na
transferência de calor do ponto mais
quente até os fios externos. O fator de
empacotamento é muito importante
pois o ar não é bom condutor de
calor;
B: Queda através do isolamento da
ranhura;
BC: Queda de temperatura por
transmissão através do material das
chapas do núcleo;
C: Queda no contato entre o núcleo e
a carcaça;
CD: Queda de temperatura por
transmissão através da expessura da
carcaça;
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Fonte: WEG
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Eixo e rolamentos
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Graus de proteção
• Os invólucros de equipamentos devem oferecer
determinados graus de proteção;
• A norma NBR-6146 define os graus de proteção dos
equipamentos elétricos (IPxy):
Fonte: WEG
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Fonte: WEG
Graus de proteção
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Limite de ruído (NBR 7565)
Fonte: WEG
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Conjugado
Fonte: WEG
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Conjugado - Categorias
•
•
•
•
•
Fonte: WEG
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•
NBR-7094
N: Conjugado de partida
normal, corrente de partida
normal;
H: Conjugado de partida alto,
corrente de partida normal,
baixo escorregamento;
D: Conjugado de partida alto,
corrente de partida normal,
alto escorregamento (>5%)
NY: Semelhante à N, porém
previstos para partida estrelatriângulo.
HY: Semelhante à H, porém
previstos para partida estrelatriângulo.
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Conjugado – Categoria N
Fonte: WEG
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Conjugado – Classificação NEMA
•
•
•
•
A: Conjugado de partida
normal, corrente de partida
normal, 200% a 250% de
conjugado máximo;
B: Conjugado de partida
normal, corrente de partida
reduzida; Barras profundas no
rotor; Menor conjugado
máximo;
C: Conjugado de partida alto,
corrente de partida baixa.
Rotor de dupla gaiola;
D: Conjugado de partida alto;
alto escorregamento;
Fonte: Lipo
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Tensão de alimentação
Tensões recomendadas (EUA)
Tensão nominal (V)
Faixa de potência (hp)
230 ou 460
Até 100
460 ou 575
100 - 600
2300
200 - 4000
4000
400 - 7000
6600
1000-12000
13200
3500-25000
Fonte: Lipo
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