Os requisitos normativos dos motores de indução trifásicos

Os motores de indução possuem uma construção aparentemente simples e seus custos são reduzidos, como, por exemplo, na manutenção, na fabricação e na montagem, além de fácil adaptação às cargas de diversos tipos.

motor2Da Redação –

O princípio básico de funcionamento de motores de indução é por efeito magnético transformado em energia mecânica pela indução causada na direção determinada pelos polos magnéticos que são induzidos pela energização das bobinas. Sempre que houver um deslocamento de um dos componentes surgirá uma força que restabelecerá o alinhamento, com a realização de um trabalho mecânico cuja energia necessária é fornecida pela fonte que supre a corrente elétrica que gera o campo magnético.

Portanto, ao se impor um desalinhamento de dois eletroímãs energizados, um trabalho mecânico está sendo realizado e se tem um processo de conversão eletromecânica de energia.

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Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: o estator e o rotor. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. O estator constitui a parte estática e o rotor a parte móvel. O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente ou de aço silício para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese.

Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas, de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos, os quais por sua vez, quando em operação, deverão criar um campo magnético no estator. O rotor também é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente, com o formato também de anel e com os enrolamentos alojados longitudinalmente.

Há dois tipos de máquina de indução: motor ou gerador de indução gaiola de esquilo, no qual o rotor é composto de barras de material condutor que se localizam em volta do conjunto de chapas do rotor, curto-circuitadas por anéis metálicos nas extremidades; e o motor ou gerador de indução com rotor bobinado, no qual o rotor é composto de enrolamentos distribuídos em torno do conjunto de chapas do rotor.

O motor de indução é o que tem a construção mais simples, pois o estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos anéis que os compõem. O estator é constituído de um enrolamento trifásico distribuído uniformemente em torno do corpo da máquina, para que o fluxo magnético resultante da aplicação de tensão no enrolamento do estator produza uma forma de onda espacialmente senoidal. A onda eletromagnética produzida pelo enrolamento é uma função senoidal do espaço e do tempo.

A aplicação de tensão alternada nos enrolamentos do estator irá produzir um campo magnético variante no tempo que, devido à distribuição uniforme do enrolamento do estator, irá gerar um campo magnético resultante girante na velocidade proporcional à frequência da rede trifásica. O fluxo magnético girante no estator atravessará o entreferro e por ser variante no tempo induzirá tensão alternada no enrolamento trifásico do rotor.

Como os enrolamentos do rotor estão curtos-circuitados, essa tensão induzida fará com que circule uma corrente pelo enrolamento do rotor o que, por consequência, irá produzir um fluxo magnético no rotor que tentará se alinhar com o campo magnético girante do estator.

Como o valor das tensões induzidas no rotor no caso de rotor bobinado dependem da relação de espiras entre o rotor e o estator, o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. Este tipo de motor, quando acionado por uma turbina e operando com uma rotação acima da síncrona, pode gerar potência ativa e entregá-la ao sistema onde está conectado, passando então a funcionar como gerador.

A NBR 17094-1 de 04/2018 – Máquinas elétricas girantes – Parte 1: Motores de indução trifásicos – Requisitos especifica os requisitos para motores de indução trifásicos. Não se aplica aos motores de indução para veículos de tração. Para motores de indução para veículos de tração, ver a IEC 60349, (todas as partes), e a IEC 60050-811. Os motores de indução abrangidos por esta Parte podem estar sujeitos a requisitos de outras normas brasileiras, como, por exemplo: a NBR IEC 60079-1, Atmosferas explosivas – Parte 1: Proteção de equipamentos por invólucros à prova de explosão “d”; e a NBR IEC 60079-7, Atmosferas explosivas – Parte 7: Proteção de equipamentos por segurança aumentada “e”.

É responsabilidade do comprador definir o tipo de regime. O comprador pode descrever o regime por um dos seguintes métodos: numericamente, quando a carga não variar ou variar de forma conhecida; graficamente, por um gráfico das grandezas variáveis em função do tempo; pela seleção de um dos tipos de regime S1 a S10 que não sejam menos severos que o regime real. O tipo de regime deve ser designado pela abreviação apropriada.

Normalmente o comprador não pode prever os valores de momento de inércia do motor (JM) ou a expectativa de vida térmica relativa (TL) para o regime de serviço S10 (ver Anexo B). Estes valores são informados pelo fabricante. Quando o comprador não declarar o tipo de regime, o fabricante deve considerar que o regime tipo S1 (regime contínuo) seja aplicado.

O regime tipo S1 – Regime contínuo tem o funcionamento à carga constante, com duração suficiente para que o equilíbrio térmico seja alcançado. O regime tipo S2 – Regime de tempo limitado tem o funcionamento à carga constante por um tempo determinado, inferior ao necessário para atingir o equilíbrio térmico, seguido por um tempo de repouso de duração suficiente para restabelecer a temperatura da máquina com até + 2 K em relação à temperatura do fluido refrigerante. A abreviação apropriada é S2, seguida por uma indicação do tempo em funcionamento à carga constante, por exemplo, S2 60 min.

O regime tipo S3 – Regime intermitente periódico possui uma sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de funcionamento com carga constante e um tempo desenergizado e em repouso. Neste regime, o ciclo é tal que corrente de partida não afeta significativamente a elevação de temperatura.

O regime tipo S4 – Regime intermitente periódico com partidas tem uma sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de partida significativo, um tempo de funcionamento com carga constante e um tempo de repouso. A abreviação apropriada é S4, seguida pelo fator de duração do ciclo, pelo momento de inércia do motor (JM) e pelo momento de inércia da carga (Jext), ambos referidos ao eixo do motor, por exemplo, S4 25 % JM = 0,15 kg.m² Jext = 0,7 kg.m².

O regime tipo S5 – Regime intermitente periódico com frenagem elétrica tem sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de partida, um tempo de funcionamento à carga constante, um tempo de frenagem elétrica rápida e um tempo desenergizado e em repouso. A abreviação apropriada é S5, seguida pelo fator de duração do ciclo, pelo momento de inércia do motor (JM) e pelo momento de inércia da carga (Jext), ambos referidos ao eixo do motor, por exemplo, S5 25% JM = 0,15 kg.m² Jext = 0,7 kg.m².

O regime tipo S6 tem funcionamento contínuo periódico com carga intermitente. A sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de funcionamento à carga constante e um tempo de funcionamento em vazio. Não existe tempo desenergizado e em repouso. A abreviação apropriada é S6, seguida pelo fator de duração do ciclo, por exemplo, S6 40%.

O regime tipo S7 possui funcionamento contínuo periódico com frenagem elétrica Sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de partida, um tempo de funcionamento à carga constante e um tempo de frenagem elétrica. Não existe tempo desenergizado e em repouso. A abreviação apropriada é S7, seguida pelo momento de inércia do motor (JM) e pelo momento de inércia da carga (Jext), ambos referidos ao eixo do motor, por exemplo, S7 JM = 0,4 kg.m² Jext = 7,5 kg.m².

O regime tipo S8 tem funcionamento contínuo periódico com mudanças correspondentes de carga e de rotação. Tem sequência de ciclos de regime idênticos, cada qual incluindo um tempo de funcionamento à carga constante correspondente a uma determinada velocidade de rotação, seguido de um ou mais tempos de funcionamento a outras cargas constantes correspondentes a diferentes rotações (por exemplo, pela mudança do número de polos, no caso de motores de indução). Não existe tempo desenergizado e em repouso.

O regime tipo S9 possui variações não periódicas de carga e de rotação. Tem regime no qual geralmente a carga e a rotação variam não periodicamente, dentro da faixa de funcionamento admissível. Este regime inclui frequentemente sobrecargas aplicadas que podem ser muito superiores à carga de referência.

O regime tipo S10 tem regime com cargas e rotações constantes distintas. Tem regime que consiste em um número específico de valores distintos de cargas (ou cargas equivalentes) e, se aplicável, rotação, sendo cada combinação carga/rotação mantida por um tempo suficiente para permitir que a máquina alcance o equilíbrio térmico. A carga mínima durante um ciclo de regime pode ter o valor zero (funcionamento em vazio ou repouso desenergizado). A abreviação apropriada é S10, seguida pelo valor por unidade (p.u.) p/Δt para a carga e sua duração respectiva e pelo valor por unidade TL para a expectativa de vida térmica relativa do sistema de isolação.

O valor de referência para a expectativa de vida térmica é a expectativa de vida térmica na condição nominal para regime de operação contínuo e no limite permitido de elevação de temperatura baseado no regime tipo S1. Para um período de repouso, a carga deve ser indicada pela letra “r”.

As características nominais, como definido em 3.1, devem ser atribuídas pelo fabricante. Na declaração das características nominais, o fabricante deve selecionar uma das classes de características nominais definidas em 5.2.1 a 5.2.6. A designação da classe de característica nominal deve ser escrita após a potência nominal.

Se nenhuma característica for anotada, características nominais para regime contínuo são aplicadas. Quando componentes acessórios (como reatores, capacitores etc.) são conectados pelo fabricante como parte da máquina, os valores das características nominais devem se referir aos terminais de alimentação de todo o conjunto.

Isto não se aplica aos transformadores de potência conectados entre a máquina e a fonte de alimentação. Considerações especiais são requeridas quando forem definidas as características nominais para máquinas alimentadas a partir de conversores estáticos. A IEC/TS 60034-25 dá orientações para o caso de motores de indução de gaiola cobertos por esta Parte da NBR 17094.

Um motor fabricado para aplicação geral deve ter características nominais para regime de operação contínuo e ser capaz de funcionar no regime tipo S1. Se o regime não for especificado pelo comprador, aplica-se o regime tipo S1 e as características nominais atribuídas devem ser para regime contínuo. Quando um motor tiver características nominais para regime de tempo limitado, elas devem ser baseadas no tipo de regime S2 (ver 4.2.2). Quando um motor for destinado a acionar cargas variáveis, ou cargas incluindo um período de funcionamento em vazio ou períodos de repouso, as características nominais devem ser para regime periódico, com base em um dos tipos de regimes S3 a S8 (ver 4.2.3 a 4.2.8).

Quando um motor for destinado a acionar não periodicamente cargas variáveis a rotações variáveis, incluindo sobrecargas, as características nominais devem ser para regime não periódico, com base no tipo de regime S9 (ver 4.2.9). Quando um motor for destinado a acionar cargas constantes distintas, incluindo períodos de sobrecarga ou períodos de funcionamento em vazio (ou períodos de repouso), as características nominais devem ser para regime com cargas constantes distintas, com base no tipo de regime S10.

Não é prático construir motores de todas as características nominais para todas as tensões nominais. Em geral, para motores de indução trifásicos, com base nas considerações de projeto e fabricação, os valores preferenciais para tensões nominais acima de 1,0 kV com relação à potência nominal são apresentados na tabela abaixo.

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A temperatura do ar ambiente no local de funcionamento não pode ser inferior a – 15 °C para qualquer máquina, exceto as mencionadas em 6.4.2. A temperatura do ar ambiente no local de funcionamento não pode ser inferior a 0 °C para máquinas com uma ou mais das características a seguir: potência nominal superior a 3,3 kW/rpm; potência nominal inferior a 600 W; mancal de deslizamento; e água como fluido refrigerante primário ou secundário.



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