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A variação da velocidade num sistema eletromecânico pode ser conseguida através de dispositivos de controlo de velocidade mecânicos. Podem ser usados sistemas ajustáveis com polias, correias, ou engrenagens mecânicas [45].

Tipicamente, os métodos mecânicos permitem transformar a velocidade constante do motor noutra velocidade constante, maior ou menor, não sendo, no entanto, em muitos

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Velocidade [RPM] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 T [Nm] ×104 5 Hz 10 Hz 15 Hz 20 Hz 25 Hz 30 Hz 35 Hz 40 Hz 45 Hz 50 Hz 55 Hz 60 Hz Tr

Figura 2.16: Curvas de binário em função da velocidade com diferentes frequências de ali- mentação com tensão de alimentação constante. (Estas curvas obtidas através do circuito deSteinmetz simplificado, não considera a saturação da máquina).

casos, possível ajustar a velocidade em situações de cargas variáveis.

Há que ter em conta que estes elementos introduzem perdas adicionais no sistema ele- tromecânico. A eficiência destes sistemas e dispositivos de transmissão mecânica depende de um conjunto de fatores como a tensão (mecânica), o tipo, ou o número de elementos. A eficiência sai fortemente prejudicada para velocidades fora da estipulada, sejam estas muito altas ou demasiado baixas [45].

Cerca de um terço das aplicações de motores elétricos, na indústria, usam acoplamen- tos por correias. Estas conferem versatilidade no posicionamento do motor em relação à carga, facilitando a transmissão em locais de difícil acesso.

Algumas polias de diferentes tamanhos permitem variar a velocidade, ainda que de forma escalonar. Polias fixas (figura2.17-a) permitem a variação discreta e muito pouco versátil de velocidade, isto é, uma vez definida uma velocidade de rotação, e havendo necessidade desta ser alterada, a máquina deve ser desligada para que seja possível alterar as relações entre as polias.

O método de variação por polias cónicas (figura2.17-b ) permite a variação contínua de velocidade. É possível variar a velocidade do acionamento, alterando o posicionamento da correia sobre a superfície cónica. Ainda assim, este método não permite a variação de velocidade em gamas muito amplas, nem uma resposta dinâmica rápida ou muito precisa.

O método representado em 2.17-c) apresenta uma polia, formada através de duas flanges cónicas que se deslocam sobre o eixo do acionamento. Com o aumento da distância entre as flanges, a correia variará a sua posição no sentido descendente, alterando assim o diâmetro relativo da polia e, desta forma, a velocidade do acionamento. Uma desvantagem deste sistema é a necessidade de manutenção periódica devido ao desgaste da correia.

As engrenagens são tipicamente utilizadas em aplicações que requerem baixas velo- cidades – inferiores a 1200 rpm - e binários elevados (em que a utilização de correias resultaria em escorregamento). Existem engrenagens helicoidais, de dentes direitos, ou

2.3. VARIAÇÃO DE VELOCIDADE EM SISTEMAS MOTRIZES

a) b) c)

Figura 2.17: Sistemas de variação de velocidade por: a) polias fixas escalonares, b) polias cónicas, c) polias variadora de flanges cónicas [46].

sem fim. As caixas de redutoras são de largo uso em acionamentos mecânicos. Estes mecanismos são úteis em aplicações em que a gama de velocidades indicada seja subs- tancialmente menor do que a velocidade nominal do motor, e ao mesmo tempo o binário necessário seja superior ao binário nominal do motor. Outro motivo para a utilização de redutores, é o ganho de resolução em posicionamento (as bobinadoras axiais de rolos de aço, são um bom exemplo de aplicação destes dispositivos na indústria metalúrgica, onde são necessários grandes binários a baixa velocidade e um bom controlo de posição para que se mantenha a tensão mecânica aplicada à tira de aço) [2]. Estes são, normalmente, dispositivos de relativamente baixa eficiência e limitados a baixas potências (engrenagens para grandes potências representam investimentos na ordem das dezenas de milhares de euros).

Existem ainda correias em V, correias com dentes, correias síncronas e correias lisas, diferenciando-se, por exemplo, pela sua eficiência. A eficiência de uma transmissão por correias tem tendência a aumentar com a potência mecânica da carga acionada. Referem- se abaixo, eficiências típicas de alguns tipos de correias.

• Correias em V- 80% ∼ 88%; • Correias planas- 92% ∼ 94%; • Correias dentadas- 96% ∼ 98%; • _{Correias síncronas - ∼ 98%;} • _{Correntes- ∼ 98%.}

Com o aumento da complexidade e exigência, em vários processos, da necessidade de precisão de ajuste da velocidade ou de uma larga faixa de variação, novos métodos foram surgindo.

Os vários tipos de redutores têm como característica comum, o que se define por relação de transmissão, i, como a razão entre a velocidade de entrada, ω1, e de saída, ω2.

i = ω1

ω2 (2.14)

A relação de binários vem inversa à relação de transmissão,

i =T2

T1 (2.15)

O sistema traz também benefício, baixando o momento de inércia visto do lado do motor, pelo quadrado da razão de transmissão.

Este tipo de transmissão pode ser efetuado de forma análoga por: 1. Redutor com dentes enviesados;

2. Redutor de sem-fim e roda de coroa; 3. Corrente;

4. Tambor e correia; 5. Correia Dentada.

Existem, no entanto, transmissões mecânicas de velocidade variável. Estas estão pre- sentes na indústria com expressividade em determinadas aplicações, muito pela sua sim- plicidade e pelo baixo custo. Um exemplo disso, são as transmissões por corrente ou correia com polias de diâmetro ajustável. A velocidade é variada, ajustando o diâmetro das polias e assim variando a relação de transmissão.

Variando em simultâneo o diâmetro, tanto da polia motriz, como da polia acionada, é possível variar a razão de transmissão e ainda assim manter o comprimento da correia. Para baixas potências é possível obter razões de transmissão de 16:1. Podem ainda ser usa- das em simultâneo com caixas redutoras, para que se obtenha um espetro de velocidades de saída ainda maior [44].