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Motor

Torque de partida do motor

Calcule o torque de partida (parada) do motor DC, a corrente de parada, a velocidade sem carga e a potência máxima na partida.

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Fórmula

Ts=Kt×V/R,Is=V/RT_s = Kt × V/R, I_s = V/R
Kt— Torque constante (N·m/A)
R— Resistência ao enrolamento (Ω)

Como Funciona

Essa calculadora determina o torque de partida necessário para acelerar uma carga movida a motor do repouso à velocidade operacional. Engenheiros mecânicos, projetistas de transportadores e especialistas em automação industrial o usam para selecionar motores que superam o atrito estático e aceleram cargas dentro de restrições de tempo especificadas. O subdimensionamento do torque de partida causa a paralisação do motor; o superdimensionamento desperdiça custo de capital e energia.

De acordo com o NEMA MG-1-12.38, o torque de partida deve exceder a soma do torque de ruptura (atrito estático) mais o torque de aceleração: T_start ≥ T_breakaway + T_accel. O componente de aceleração segue a segunda lei de Newton para rotação: T_accel = J_total × α, onde J_total é a inércia total refletida (kg · m²) e α é a aceleração angular (rad/s²). O atrito separativo normalmente é igual a 1,5-3 vezes o atrito de funcionamento de acordo com o Manual de Tribologia (Neale, 1995).

Os projetos de motores NEMA especificam o torque de partida como uma porcentagem do torque nominal: o Design A fornece 70-100%, o Design B (mais comum) fornece 100-200%, o Design C fornece 200-250% e o Design D fornece 250-300%. Um motor Design B de 10 HP avaliado em 25 N · m contínuos fornece torque de rotor bloqueado de 25-50 N · m. Para cargas de alta inércia, o motor deve manter um alto torque por vários segundos durante a aceleração, excedendo os limites térmicos se a partida demorar mais de 10 a 15 segundos de acordo com a NEMA MG-1-12,50.

Exemplo Resolvido

Um transportador de linha de embalagem deve atingir 60 m/min (1 m/s) em 2,5 segundos. A inércia total da carga refletida é de 0,8 kg · m², a inércia do rotor do motor é de 0,05 kg · m². O atrito de separação requer 12 N·m. O raio do tambor de acionamento é de 0,15 m.

Etapa 1 — Calcule a velocidade angular necessária: ω = v/ r = 1,0/0,15 = 6,67 rad/s = 63,7 RPM

Etapa 2 — Calcular a aceleração angular: α = ω/t = 6,67/ 2,5 = 2,67 rad/s²

Etapa 3 — Calcule o torque de aceleração: J_total = J_load + J_motor = 0,8 + 0,05 = 0,85 kg · m² T_accel = J × α = 0,85 × 2,67 = 2,27 N · m

Etapa 4 — Calcule o torque inicial total: T_start = T_breakaway + T_accel = 12 + 2,27 = 14,27 N · m

Etapa 5 — Aplique o fator de segurança de acordo com as diretrizes da NEMA: Com margem de 1,5 ×: T_motor_min = 14,27 × 1,5 = 21,4 N · m de torque inicial Selecione o motor com torque nominal ≥ 10,7 N · m (assumindo o Projeto B com 200% de rotor bloqueado)

Resultado: Um motor de 1,1 kW (nominal de ~10-12 N·m contínuo, 20-24 N·m de partida) atende aos requisitos com margem adequada. O tempo de partida de 2,5 segundos está dentro dos limites térmicos da NEMA para motores Design B.

Dicas Práticas

  • ✓De acordo com o NEMA MG-1-12.50, limite a duração inicial a 2 × o tempo nominal do rotor bloqueado (normalmente de 10 a 15 segundos) para evitar o superaquecimento do enrolamento; para uma aceleração mais longa, use um motor de partida suave para reduzir a corrente e o estresse térmico
  • ✓Teste experimentalmente o torque de ruptura: de acordo com a prática de comissionamento industrial, aplique uma chave de torque no eixo de saída após mais de 8 horas de imobilização — a separação a frio é sempre maior do que o atrito de operação a quente em 50-200%
  • ✓Para partida estrela-delta, o torque disponível é de apenas 33% do torque DOL (relação tensão²); garanta que o torque inicial da carga seja < 25% do torque do rotor bloqueado DOL do motor ao usar acionadores de partida de tensão reduzida

Erros Comuns

  • ✗Usando atrito de operação em vez de separação: de acordo com o Manual de Tribologia, o coeficiente de atrito estático é de 1,5 a 3 × atrito cinético — um transportador que exige torque de operação de 8 N · m pode precisar de 12 a 24 N · m para iniciar o movimento após uma parada noturna
  • ✗Torque confuso de rotor contínuo e bloqueado: de acordo com o NEMA MG-1, os motores Design B fornecem 100-200% de torque contínuo na parada; o uso de torque contínuo nos cálculos de partida reduz o tamanho do motor em 50-100%
  • ✗Ignorando o efeito da relação de transmissão na inércia refletida: a inércia se transforma em J_reflectida = J_load × (N_motor/N_load) ² = J_load /GR²; uma caixa de câmbio 10:1 reduz a inércia refletida em 100 ×, diminuindo drasticamente os requisitos de torque de aceleração

Perguntas Frequentes

De acordo com o NEMA MG-1: O torque de parada (rotor bloqueado) é uma especificação do motor — o torque máximo em velocidade zero quando energizado na tensão nominal. O torque inicial é um requisito de aplicação — o torque necessário para iniciar e completar a aceleração. O torque de parada do motor deve exceder o torque inicial da aplicação. Os motores do Design B fornecem uma relação de parada em relação à potência nominal de 100-200%; o Design D fornece 250-300% para cargas de alta inércia.
De acordo com a IEC 60947-4-1, a conexão em estrela aplica V_line/√3 a cada enrolamento, reduzindo o torque para (1/√3) ² = 33% do valor DOL. A corrente também cai para 33%. A transição para delta restaura o torque total quando o motor se aproxima da velocidade síncrona. O Star-delta é adequado somente quando o requisito de torque de partida é < 33% do torque do rotor bloqueado do motor — normalmente cargas leves ou volantes de alta inércia que aceleram lentamente.
De acordo com os “acionamentos de motor elétrico” de Krishnan: os motores DC e BLDC de ímã permanente produzem torque máximo em velocidade zero (relação de 100% de parada para contínua), tornando-os ideais para aplicações de alto torque de partida. Os motores DC enrolados em série fornecem torque de partida de 200-300%. Os motores de indução AC requerem tensão reduzida ou partidas suaves para prolongar a duração da partida sem superaquecimento, pois sua corrente de partida é de 5 a 8 × a corrente nominal de acordo com o NEMA MG-1.

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