Já se interrogou sobre como escolher o motor perfeito para o seu projeto? A chave está em compreender os tipos de motores - DC, assíncronos e síncronos - e as suas vantagens únicas. Este artigo analisa os princípios da seleção de motores, incluindo o tipo de carga, a potência nominal e o ambiente de funcionamento. No final, estará equipado com os conhecimentos necessários para escolher o motor mais eficiente e económico para qualquer aplicação, garantindo um desempenho e longevidade ideais. Continue a ler para descobrir como fazer a melhor escolha para a sua maquinaria.
A ordem de apresentação deve ser inversa, começando pelos tipos de motores.
O motor pode ser classificado em duas categorias principais: Motor DC e motor AC. O motor de corrente alternada pode ainda ser dividido em dois tipos: motor síncrono e motor assíncrono.
A vantagem de um motor CC é a sua capacidade de ajustar facilmente a velocidade alterando a tensão, proporcionando um binário maior e tornando-o adequado para cargas que requerem ajustes de velocidade frequentes, como moinhos em siderurgias e guinchos em minas.
No entanto, com o desenvolvimento da tecnologia de conversão de frequência, os motores CA podem agora também ajustar a velocidade através da alteração da frequência. Embora o custo de um motor de frequência variável não seja significativamente superior ao de um motor tradicional, continua a representar uma parte significativa do custo total do equipamento, o que dá aos motores CC uma vantagem em termos de rentabilidade.
A principal desvantagem de um motor de corrente contínua reside na sua estrutura complexa, que aumenta a probabilidade de avarias. Os motores de corrente contínua têm enrolamentos complexos, como o enrolamento de excitação, o enrolamento do pólo de comutação, o enrolamento de compensação e o enrolamento da armadura, bem como componentes adicionais como anéis colectores, escovas e comutadores. Isto resulta em requisitos de fabrico elevados e custos de manutenção relativamente elevados.
Como resultado, os motores CC estão em declínio nas aplicações industriais, mas ainda têm um lugar na fase de transição. Se o utilizador tiver fundos suficientes, recomenda-se que escolha o esquema de um motor CA com um conversor de frequênciapois traz muitos benefícios.
As vantagens dos motores assíncronos incluem a sua estrutura simples, desempenho estável, facilidade de manutenção e baixo custo.
Além disso, o processo de fabrico é simples. De acordo com um técnico antigo numa oficina, as horas de trabalho necessárias para montar um motor de corrente contínua podem completar a montagem de dois motores síncronos ou quatro motores assíncronos com potência semelhante. É por esta razão que os motores assíncronos são amplamente utilizados na indústria.
Os motores assíncronos dividem-se em motores de gaiola de esquilo e motores de enrolamento, sendo que a principal diferença reside no rotor. O rotor de um motor de gaiola de esquilo é feito de tiras de metal, como cobre ou alumínio.
O alumínio é relativamente barato e amplamente utilizado em aplicações de baixa procura porque a China é um grande país produtor de alumínio.
O cobre, por outro lado, tem melhores propriedades mecânicas e eléctricas e é mais frequentemente utilizado nos rotores. Depois de resolver o problema da quebra de linha na tecnologia, a fiabilidade dos motores de gaiola de esquilo melhorou muito e é agora melhor do que a dos motores de rotor bobinado.
No entanto, os motores de gaiola de esquilo têm um baixo binário de saída e uma grande corrente de arranque, o que os torna inadequados para cargas que requerem um binário de arranque elevado. O aumento do comprimento do núcleo do motor pode aumentar o binário, mas o aumento é limitado.
Por outro lado, os motores bobinados energizam o enrolamento do rotor através de anéis deslizantes para formar um campo magnético do rotor que se move em relação ao campo magnético rotativo do estator, resultando numa maior saída de binário.
A resistência de água é ligada em série para reduzir a corrente de arranque durante o processo de arranque e o valor da resistência é controlado por um dispositivo de controlo elétrico. Os motores bobinados são adequados para aplicações como laminadores e guinchos.
Em comparação com os motores de gaiola de esquilo, os motores assíncronos bobinados têm componentes adicionais, tais como anéis deslizantes, resistência à água e resistência eléctrica, o que leva a um custo global mais elevado do equipamento. Os motores assíncronos também têm uma gama de regulação de velocidade relativamente estreita e um binário baixo em comparação com os motores CC.
No entanto, têm um impacto significativo na rede eléctrica porque requerem energia reactiva da rede para energizar o enrolamento do estator, que é um elemento indutivo. Isto pode ser visto como uma queda na tensão da rede e uma diminuição no brilho da luz quando aparelhos indutivos de alta potência são ligados à rede.
Para atenuar este impacto, as centrais eléctricas podem restringir a utilização de motores assíncronos. Alguns grandes utilizadores de energia, como as fábricas de aço e alumínio, têm as suas próprias centrais eléctricas para formar as suas próprias redes eléctricas independentes e reduzir as restrições à utilização de motores assíncronos.
Os motores assíncronos necessitam de dispositivos de compensação de potência reactiva para satisfazer os requisitos de cargas de elevada potência, enquanto os motores síncronos podem fornecer potência reactiva à rede através de dispositivos de excitação. Quanto maior for a potência, mais pronunciadas são as vantagens dos motores síncronos, o que leva a uma mudança para a utilização de motores síncronos.
As vantagens dos motores síncronos incluem a sua capacidade de compensar a potência reactiva em estados de sobre-excitação, bem como as seguintes:
No entanto, os motores síncronos não podem ser iniciados diretamente e requerem métodos de arranque assíncronos ou de frequência variável. O arranque assíncrono implica a instalação de um enrolamento de arranque semelhante a um enrolamento de gaiola de um motor assíncrono no rotor de um motor síncrono e a ligação de uma resistência adicional (cerca de 10 vezes o valor da resistência do enrolamento de excitação) no circuito de excitação para formar um circuito fechado. Quando a velocidade atinge a velocidade subsíncrona (95%), a resistência adicional é cortada. O arranque de frequência variável não é pormenorizado.
Os motores síncronos necessitam de corrente de excitação para funcionar e, sem ela, o motor torna-se assíncrono. A excitação é um sistema DC adicionado ao rotor e a sua velocidade de rotação e polaridade estão em sincronia com o estator. Se houver um problema com a excitação, o motor ficará desfasado e não poderá ser ajustado, resultando num disparo da proteção de "falha de excitação".
A adição de dispositivos de excitação é a segunda desvantagem dos motores síncronos. No passado, a excitação era fornecida diretamente por máquinas de corrente contínua, mas atualmente é fornecida principalmente por rectificadores controlados por silício. Quanto mais complexa for a estrutura e o equipamento, maior será o número de pontos de falha e maior será a taxa de falha.
Os motores síncronos são utilizados principalmente em aplicações como guinchos, moinhos, ventiladores, compressores, laminadores e bombas de água. O princípio da seleção de motores consiste em dar prioridade a motores com estruturas simples, preços baixos, funcionamento fiável e manutenção conveniente, desde que o desempenho do motor cumpra os requisitos das máquinas de produção.
Neste contexto, os motores de corrente alternada são melhores do que os motores de corrente contínua, os motores assíncronos de corrente alternada são melhores do que os motores síncronos de corrente alternada e os motores assíncronos de gaiola de esquilo são melhores do que os motores assíncronos de bobina. Os motores assíncronos de gaiola de esquilo são preferidos para máquinas de produção de funcionamento contínuo com cargas estáveis e sem requisitos especiais de arranque e travagem, sendo amplamente utilizados em máquinas, bombas de água e ventiladores. Os motores assíncronos bobinados são recomendados para máquinas de produção com arranque e travagem frequentes e que requerem grandes binários de arranque e travagem, tais como pontes rolantes, guinchos de minas, compressores de ar e laminadores irreversíveis.
Os motores síncronos são ideais para aplicações sem necessidade de regulação de velocidade, velocidade constante ou melhoria do fator de potência, tais como bombas de água de média a grande capacidade, compressores de ar, guinchos e moinhos.
Para máquinas de produção com uma gama de regulação de velocidade superior a 1:3 e que requerem uma regulação de velocidade contínua, estável e suave, recomenda-se a utilização de motores CC com excitação separada, motores assíncronos de gaiola de esquilo ou motores síncronos com regulação de velocidade de frequência variável, tais como máquinas-ferramentas de grande precisão, plainas de pórtico, laminadores de aço e guinchos.
As máquinas de produção que exigem um grande binário de arranque e características mecânicas suaves devem utilizar motores CC de excitação em série ou composta, tais como eléctricos, locomotivas eléctricas e gruas pesadas.
A potência nominal de um motor refere-se à sua potência de saída, também conhecida como potência do veio ou capacidade. É o parâmetro-chave que quantifica a capacidade de carga de condução do motor e deve ser fornecido ao selecionar um motor. Outros factores importantes na seleção do motor incluem a tensão nominal, a corrente nominal, o fator de potência (cos θ) e a eficiência (η).
O objetivo de selecionar corretamente a capacidade do motor é determinar a potência do motor de uma forma económica e razoável, assegurando que este pode satisfazer os requisitos de carga da maquinaria de produção. Se a potência for demasiado elevada, o investimento em equipamento aumenta, o que conduz a desperdícios e a uma baixa eficiência e fator de potência do motor CA. Por outro lado, se a potência for demasiado pequena, o motor sobreaquecerá e sofrerá danos prematuros.
Os principais factores que determinam a potência do motor são
Para selecionar a potência nominal, a potência de carga é primeiro calculada com base no aquecimento da máquina, na subida de temperatura e nos requisitos de carga. Em seguida, a potência nominal é pré-selecionada com base na potência de carga, no sistema de trabalho e nos requisitos de sobrecarga. O aquecimento, a capacidade de sobrecarga e a capacidade de arranque devem ser verificados para garantir a sua qualificação.
Caso contrário, o motor deve ser novamente selecionado até que todos os critérios sejam cumpridos. O sistema de trabalho também é um fator necessário, sendo o sistema de trabalho convencional S1 adotado por defeito se não for especificado. Os motores com requisitos de sobrecarga também devem fornecer um múltiplo de sobrecarga e o tempo de funcionamento correspondente.
Quando um motor assíncrono de gaiola de esquilo acciona uma ventoinha ou outra carga de momento de inércia elevado, o momento de inércia da carga e a curva do momento de resistência de arranque devem ser fornecidos para verificar a capacidade de arranque.
A seleção da potência nominal assume uma temperatura ambiente padrão de 40 ℃. Se a temperatura ambiente mudar, a potência nominal deve ser corrigida. A temperatura ambiente deve ser verificada em áreas com condições climatéricas extremas, como a Índia, onde a temperatura ambiente pode atingir os 50 ℃.
A altitude elevada também pode afetar a potência do motor, sendo que uma altitude mais elevada resulta numa maior aumento da temperatura do motor e menor potência de saída. O fenómeno corona também deve ser considerado para motores utilizados a grande altitude.
Como referência, apresentamos a seguir alguns exemplos de gamas de potência de motores no mercado atual:
A tensão nominal de um motor refere-se à tensão da linha nas suas condições nominais de funcionamento.
A escolha da tensão nominal do motor depende da tensão de alimentação do sistema de energia e da capacidade do motor.
A seleção do nível de tensão para um motor CA depende principalmente do nível de tensão da fonte de alimentação no local de utilização.
Normalmente, a rede de baixa tensão funciona a 380V, pelo que a tensão nominal pode ser 380V (ligação Y ou Δ), 220/380V (ligação Δ/Y) ou 380/660V (ligação Δ/Y).
Quando a potência de um motor de baixa tensão atinge um determinado nível (como 300KW/380V), torna-se difícil aumentar a corrente devido a limitações na capacidade de suporte do condutor, ou tornar-se-ia demasiado dispendioso fazê-lo.
O aumento da potência é conseguido através do aumento da tensão.
A tensão de alimentação das redes eléctricas de alta tensão é normalmente de 6000V ou 10000V, embora existam também níveis de tensão de 3300V, 6600V e 11000V utilizados noutros países.
Os motores de alta tensão têm a vantagem de serem muito potentes e resistentes ao impacto, mas têm a desvantagem de terem uma grande inércia e serem difíceis de arrancar e parar.
A tensão nominal de um motor CC também deve corresponder à tensão da fonte de alimentação.
Os níveis de tensão comuns para os motores CC são 110V, 220V e 440V.
220V é o nível de tensão mais comummente utilizado, e os motores de alta potência podem ser aumentados para 600 a 1000V.
Quando a tensão da fonte de alimentação CA é de 380V e é utilizado um circuito retificador controlado por silício em ponte trifásica para a fonte de alimentação, a tensão nominal do motor CC deve ser de 440V.
Quando se utiliza uma fonte de alimentação trifásica com retificador controlado por silício de meia onda para a alimentação, a tensão nominal do motor CC deve ser de 220V.
A velocidade nominal do motor refere-se à velocidade a que este funciona em condições normais. Tanto o motor como a máquina que acciona têm uma velocidade nominal.
Ao escolher a velocidade do motor, é importante ter em conta que não deve ser demasiado baixa, uma vez que isso resultará num motor maior com mais fases e um preço mais elevado. Por outro lado, a velocidade não deve ser demasiado elevada, pois pode tornar o mecanismo de transmissão complicado e difícil de manter.
É também importante notar que, quando a potência é constante, o binário do motor é inversamente proporcional à velocidade. Como resultado, aqueles com requisitos reduzidos de arranque e travagem podem comparar diferentes velocidades nominais em termos de investimento inicial, espaço ocupado pelo equipamento e custo de manutenção antes de determinar a velocidade nominal ideal.
Para aplicações que requerem arranques, travagens e inversões frequentes, a relação de velocidade e a velocidade nominal do motor devem ser seleccionadas com base na minimização da perda durante o processo de transição, em vez de se considerar apenas o investimento inicial. Por exemplo, os motores de elevador requerem uma rotação frequente para a frente e para trás com um binário elevado, pelo que têm uma velocidade baixa e são volumosos e dispendiosos.
Quando a velocidade do motor é elevada, é crucial considerar a velocidade crítica do motor. Durante o funcionamento, o rotor pode vibrar e a sua amplitude aumenta com a velocidade. A uma determinada velocidade, a amplitude atinge um valor máximo (conhecido como ressonância), e a amplitude diminui e estabiliza num determinado intervalo quando a velocidade aumenta ainda mais.
Esta velocidade com a amplitude máxima é designada por velocidade crítica do rotor e é igual à sua frequência natural. Se o rotor funcionar à sua velocidade crítica, pode provocar vibrações violentas e uma flexão significativa do veio, levando a deformações a longo prazo ou mesmo a fracturas.
Geralmente, a velocidade crítica de primeira ordem do motor é superior a 1500 RPM, pelo que não é uma preocupação para motores convencionais de baixa velocidade. No entanto, para motores de 2 pólos de alta velocidade, se a velocidade nominal for próxima das 3000 RPM, o impacto da velocidade crítica deve ser considerado e o motor não deve funcionar à sua velocidade crítica durante períodos prolongados.
Embrulhar
Geralmente, as especificações de um motor podem ser estimadas através do fornecimento de informações sobre o tipo de carga que irá acionar, a sua potência nominal, tensão e velocidade. No entanto, estes parâmetros básicos não são suficientes para satisfazer totalmente os requisitos da carga.
Os parâmetros adicionais que têm de ser considerados incluem a frequência, o sistema de funcionamento, os requisitos de sobrecarga, os graus de isolamento e de proteção, o momento de inércia, a curva do momento de resistência da carga, o método de instalação, a temperatura ambiente, a altitude e os requisitos exteriores, entre outros. Estes parâmetros devem ser especificados com base na aplicação específica.
Os principais critérios para a seleção do motor incluem:
A seleção do motor deve basear-se nas seguintes condições:
Ao selecionar o tipo de motor, a tensão e a velocidade, os requisitos do transmissão de energia da máquina de produção, tais como a frequência de arranque e paragem, se é necessária regulação de velocidade, etc., devem ser considerados em primeiro lugar. Isto determinará o tipo de corrente para o motor, ou seja, se deve ser escolhido um motor de corrente alternada ou um motor de corrente contínua.
Em seguida, o tamanho da tensão nominal do motor deve ser selecionado com base no ambiente da fonte de alimentação. Depois, a sua velocidade nominal deve ser selecionada com base na velocidade exigida pela máquina de produção e nos requisitos do equipamento de transmissão.
Depois disso, a estrutura e o tipo de proteção do motor devem ser determinados com base no local de montagem do motor e no ambiente circundante.
Finalmente, a potência nominal (capacidade) do motor deve ser determinada pela potência requerida pela máquina de produção.
Depois de considerar todos estes factores, selecionar um motor do catálogo de produtos que satisfaça estes requisitos. Se os motores listados no catálogo não puderem satisfazer os requisitos especiais da máquina de produção, é possível encomendar por medida ao fabricante do motor.
A escolha do motor é considerada a partir dos aspectos de CA e CC, características da máquina, regulação da velocidade e capacidades de arranque, proteção e preço. Por conseguinte, devem ser observadas as seguintes directrizes na escolha:
(1) Em primeiro lugar, considerar a seleção de um motor de indução trifásico em gaiola de esquilo.
Isto deve-se à sua simplicidade, durabilidade, fiabilidade, baixo custo e fácil manutenção. No entanto, as suas desvantagens são a difícil regulação da velocidade, o baixo fator de potência, a elevada corrente de arranque e o pequeno binário de arranque. Por conseguinte, é principalmente adequado para máquinas de produção geral e accionamentos com características de máquina relativamente rígidas e sem requisitos especiais de regulação da velocidade, tais como máquinas-ferramentas gerais e máquinas de produção como bombas de água ou ventiladores com potência inferior a 100KW.
(2) O preço dos motores de rotor bobinado é mais elevado do que o dos motores de gaiola.
No entanto, as suas características de máquina podem ser ajustadas através da adição de resistência ao rotor, limitando assim a corrente de arranque e aumentando o binário de arranque. Por conseguinte, é adequado para situações em que a capacidade da fonte de alimentação é pequena, a potência do motor é grande ou é necessária a regulação da velocidade, como certos equipamentos de elevação, elevadores de elevação, prensas de forjae deslocação da viga transversal de máquinas-ferramentas pesadas.
(3) Quando a gama de regulação de velocidade é inferior a 1:10 e é necessária uma regulação de velocidade suave, pode ser selecionado primeiro um motor de deslizamento.
Este motor pode ser dividido em horizontal e vertical de acordo com a sua posição de montagem. O eixo de um motor horizontal é montado horizontalmente, enquanto o eixo de um motor vertical é montado verticalmente em altitudes elevadas, pelo que os dois tipos de motores não podem ser utilizados indistintamente. Em circunstâncias normais, um motor horizontal deve ser escolhido sempre que possível, e um motor vertical só deve ser considerado quando é necessário um funcionamento vertical (como bombas verticais de poços profundos e perfuração ) para simplificar a montagem da transmissão (porque é mais cara).
Existem vários tipos de proteção para motores, e o tipo adequado deve ser selecionado com base nos diferentes ambientes de funcionamento. Os tipos de proteção para motores incluem aberto, protetor, fechado, à prova de explosão, submersível e vários outros. Um tipo aberto é normalmente escolhido para ambientes quotidianos devido ao seu preço acessível, mas só é adequado para condições secas e limpas.
Para ambientes húmidos, propensos à corrosão, poeirentos, inflamáveis ou corrosivos, deve ser selecionado um tipo fechado. Se o ambiente for poeirento e prejudicial para o isolamento do motor, mas puder ser limpo com ar comprimido, pode ser escolhido um tipo de proteção. Para motores de bombas submersíveis, deve ser escolhido um tipo totalmente selado para garantir que a humidade não entra durante o funcionamento debaixo de água. Em ambientes com risco de incêndio ou de explosão, deve ser selecionado um tipo à prova de explosão.
Ao escolher um motor para máquinas de produção existentes num ambiente industrial, a tensão nominal do motor deve ser equivalente à tensão de distribuição da fábrica. Para fábricas novas, a seleção da tensão para o motor deve ser considerada de acordo com a tensão de distribuição escolhida.
A decisão deve ser tomada com base na opção economicamente mais viável, após comparação dos diferentes níveis de tensão. O padrão de baixa tensão no nosso país é 220/380V, enquanto a alta tensão é maioritariamente 10KV. A maioria dos motores com capacidades mais pequenas são de alta tensão, com tensões nominais de 220/380V (método de ligação D/Y) e 380/660V (método de ligação D/Y). Quando a capacidade do motor excede aproximadamente 200KW, recomenda-se a escolha de motores de alta tensão de 3KV, 6KV ou 10KV.
A seleção da velocidade (nominal) do motor deve ser considerada com base nos requisitos da máquina de produção que está a ser accionada e nas condições do conjunto de transmissão. O número de rotações do motor por minuto inclui normalmente 3000, 1500, 1000, 750 e 600.
A velocidade nominal de um motor assíncrono é tipicamente 2% a 5% inferior a estas velocidades devido à taxa de escorregamento. Do ponto de vista do fabrico, se um motor da mesma potência tiver uma velocidade nominal mais elevada, a sua forma de binário eletromagnético será menor, reduzindo assim o seu custo e peso.
Além disso, os motores de alta velocidade têm factores de potência e eficiência mais elevados do que os motores de baixa velocidade.
A escolha de um motor com uma velocidade mais elevada é mais económica. No entanto, se isto resultar numa diferença de velocidade significativa entre o motor e a máquina accionada, serão necessários mais estágios de transmissão de aumento de velocidade, aumentando os custos do equipamento e o consumo de energia. A escolha óptima deve ser feita após uma comparação cuidadosa.
A maioria dos motores que utilizamos normalmente são motores de 4 pólos de 1500r/min porque estes motores têm uma vasta gama de aplicações e factores de potência e eficiência de funcionamento superiores.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT_BR 
RU 
KO