222_maquinas eletricas

Máquinas elétricas


SENAI-SP - INTRANET2

Curso Técnico em Eletroeletrônica - Máquinas elétricas

SENAI-SP, 2005

Trabalho organizado e atualizado a partir de conteúdos extraídos da Intranet por Meios Educacionais daGerência de Educação e CFPs 1.01, 1.13, 1.18, 2.01, 3.02, 6.02 e 6.03 da Diretoria Técnica do SENAI-SP.

Equipe responsávelCoordenação Airton Almeida de Moraes

Seleção de conteúdos Antônio Carlos Serradas Pontes da CostaRevisão técnica Roberto Milagre

Capa José Joaquim Pecegueiro

SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialDepartamento Regional de São PauloAv. Paulista, 1313 - Cerqueira CésarSão Paulo - SPCEP 01311-923

TelefoneTelefax

SENAI on-line

(0XX11) 3146-7000(0XX11) 3146-72300800-55-1000

E-mailHome page

[email protected]://www.sp.senai.br


SENAI-SP - INTRANET 3

Sumário

Unidade I: TeoriaEletromagnetismo 5Transformador monofásico 43Transformador trifásico 65Motores de CA monofásicos 79Motores trifásicos de CA 89Motor trifásico com ligação Dahlander 103Motor trifásico de rotor bobinado 109Motores de aplicações especiais 115Parâmetros mecânicos de máquinas elétricas 123Máquinas de corrente contínua 131Componentes mecânicos de sistemas elétricos 147Medidores de rotação 163Freio de Prony 167

Unidade II: EnsaiosComprovar o funcionamento de transformador 175Identificar tapes de transformador 177Polarizar bobinas de transformadores trifásicos 181Ligar transformador trifásico 185Montar banco de transformadores 189Identificar elementos de máquina CC 193Verificar o funcionamento de gerador CC 195Verificar o funcionamento de motor de CC 199Verificar o funcionamento de motor de passo 201Desmontar máquina elétrica giratória 203Verificar o funcionamento de motor monofásico 209Levantar parâmetros de motor trifásico 211Verificar o funcionamento de rotor bobinado 217Referências bibliográficas 221



Eletromagnetismo

Você já estudou o magnetismo e suas relações com os pólos geográficos e magnéticosda Terra, estudou os ímãs artificiais e a indução magnética e aplicou fórmulas pararesolver exercícios.

Agora você vai ver um assunto que, por sua origem, está intimamente ligado com omagnetismo, que é o eletromagnetismo.

Como o próprio termo define, eletromagnetismo refere-se ao campo magnético criadoem torno de um condutor através da movimentação dos elétrons.

Assim, teremos campo elétrico e campo magnético.

A partir dessas informações, irão se definindo outros aspectos importantes, comoespectro magnético, utilização dos eletroímãs, cálculo da força magnetomotriz, etc.

Campo elétrico e magnetismo no condutor

De acordo com o que verificamos anteriormente, corpos com cargas elétricas demesmo sinal se repelem e corpos com cargas elétricas de sinal contrário se atraem.

As cargas elétricas possuem, em torno de si, um espaço denominado campo elétrico.

Nesse espaço, a força atuante é de origem elétrica.

O campo eletrostático de uma carga elétrica é a região em torno da carga onde ageseu campo elétrico.



Em um elétron, o campo elétrico pode ser representado por linhas de forçaeletrostática que convergem para o elétron no sentido radial, como se observa nodesenho abaixo.

Quando o elétron se movimenta em um condutor, cria em torno deste um campomagnético.

O condutor estará, portanto, sob a ação de dois campos: campo elétrico e campomagnético.

O campo magnético é formado por linhas concêntricas que giram perpendicularmenteao condutor.



O sentido de rotação das linhas de força magnética é determinado segurando-se ocondutor com a mão esquerda: o polegar indica o sentido da corrente e a curvaturados dedos indica o sentido de rotação das linhas magnéticas.

Para demonstrar se a existência de um campo magnético ao redor de um condutorpercorrido por corrente, liga-se, por intermédio de uma chave, um condutor �grosso� aum acumulador.

O condutor deve ser introduzido em uma placa de acrílico mantida em posiçãohorizontal e perpendicular a ele.

Com a chave ligada, espalha-se limalha de ferro sobre a placa.

Batendo-se levemente com um lápis na placa de acrílico, nota-se que a limalha deferro forma linhas concêntricas em torno do condutor.

A conformação da limalha de ferro é chamada espectro magnético.



Sentido de linha de força segundo Oersted

A experiência de Oersted também demonstra o sentido de rotação das linhas de forçaao redor de um condutor.

Essa experiência é feita com o auxílio de uma agulha imantada e um condutor poronde circulará uma corrente elétrica.

Coloca-se um condutor sobre uma agulha imantada, obedecendo à direção desta.

Ao circular corrente pelo condutor, a agulha deflexionará, acompanhando o sentido derotação das linhas magnéticas.

O sentido de deflexão da agulha depende do sentido da corrente que circula nocondutor.

Observe a deflexão na ilustração abaixo.

A deflexão da agulha ocorre quando a mesma toma direção perpendicular ao condutor.

Se a agulha estiver sobre o condutor ou se invertemos o sentido da corrente, o sentidoda deflexão será contrário ao apresentado na figura.

O sentido da deflexão da agulha deve-se à interação do campo magnético da agulhacom o do condutor.

A interação de campos magnéticos ocorre também entre dois condutores paralelosquando são percorridos por uma corrente elétrica.



O campo magnético criado em torno dos condutores desenvolve uma força que podeser de atração ou repulsão.

ObservaçãoA atração ocorre quando o sentido da corrente é o mesmo em dois condutores,estando estes posicionados paralelamente entre si.

A repulsão ocorre quando o sentido da corrente é contrário nos condutores, estandoestes paralelos entre si.

Se o condutor tomar a forma de anel ou espira, as linhas de força concêntricasproduzirão um campo magnético perpendicular ao plano da espira com polaridade S-N.



A posição dos pólos dependerá do sentido da corrente no condutor, como se observanos desenhos abaixo.

Identificação de polaridade

A identificação de polaridade de uma espira pode ser feita com a utilização de umabússola ou através da regra da mão esquerda.

Utilizando-se bússola, coloca-se esta em posição horizontal e com a agulhaperpendicular ao plano da espira.

O campo magnético da espira atrairá um dos extremos da agulha e, em conseqüência,repelirá o outro.

O pólo norte da espira atrairá o pólo sul da bússola e repelirá, conseqüentemente, opólo norte.

Pode-se usar também a regra da mão esquerda para se determinar a polaridade daespira.

Esta regra considera o sentido eletrônico ou real da corrente, ou seja, a corrente queflui do pólo negativo para o positivo.



A figura abaixo indica a maneira de se determinar a polaridade da espira.

Conforme mostra a ilustração, os dedos seguem o sentido da corrente e o polegarindica o pólo norte.

ObservaçãoPode-se, também, determinar a polaridade da espira considerando o sentidoconvencional da corrente, ou seja, a corrente que flui do pólo positivo para o negativo.

Neste caso, porém, deve-se utilizar a regra da mão direita.

Solenóide

O campo magnético produzido por uma única espira é muito pequeno.

Com finalidade de aumentar esse campo magnético, utiliza-se o solenóide, que é umcondutor formado por diversas espiras, uma ao lado da outra.



Cada espira contribui com uma parcela para a composição do campo magnético.

Assim, as linhas de força atuarão, no solenóide, da mesma forma como ocorre com osímãs.

Solenóide é o conjunto de espiras com uma só camada.

As linhas de força passam por dentro do solenóide e retornam por fora, formando,assim, um único campo magnético.

A passagem da corrente pelo solenóide cria um campo magnético com as mesmaspropriedades do ímã permanente: o pólo norte de um solenóide repele o pólo norte deoutro solenóide ou de um ímã qualquer, atraindo, consequentemente, o pólo sul.

O campo magnético de um solenóide está condicionado a diversos fatores, pois omesmo depende das condições físicas com que se trabalha, do material, do número deespiras do solenóide e da corrente que circula pelo mesmo.



Força magnetomotriz (fmm)

A força magnetomotriz é calculada multiplicando-se a corrente que flui nas espiras pelonúmero de espiras do solenóide.

O símbolo de força magnetomotriz é fmm.

A força magnetomotriz é representada pela fórmula:

τ = N . I

Onde:τ = força magnetomotriz, em ampères-espira;N = número de espiras do solenóide;I = intensidade da corrente, em ampères.

É possível, portanto, com solenóides diferentes, conseguir-se a mesma forçamagnetomotriz.

Exemplos1. Qual é o valor da fmm de um solenóide com 100 espiras quando por ele circula

uma corrente de 5 ampères?

τ = N . I → τ = 100 . 5 = 500Ae

2. Qual é o valor da fmm de um solenóide com 1 000 espiras quando por ele circulauma corrente de 0,5 ampère?

τ = N . I → τ = 1 000 . 0,5 = 500Ae

Dois solenóides diferentes podem produzir a mesma fmm.

Entretanto, a intensidade do campo magnético será maior naquele que apresentarmenor circuito magnético.



Observe na ilustração abaixo a representação de um campo magnético formado pelapassagem da corrente em um solenóide.

Convencionalmente as linhas de força saem do pólo norte e vão para o pólo sulmagnético.

Essa linhas circulam continuamente por esse caminho formando o circuito magnético.

A intensidade do campo magnético é calculada pela fórmula

H = mPτ

Onde:H = intensidade do campo magnético em A/cm ou A/m;τ = força magnetomotriz;Pm = perímetro médio do circuito magnético.

Exemplos1. Calcular a intensidade do campo magnético de um solenóide com 100 espiras

quando por ele circulam 5 ampères, sendo o perímetro médio do circuitomagnético igual a 20cm.

1. H = cm/A25cm20

A500cm20100.A5

PN.I

P mm====τ

2. H = m/A500 2m2,0A500

m2,0100.A5

PN.I

P mm====τ



2. Calcular a intensidade do campo magnético de um solenóide com 100 espirasquando por ele circulam 5 ampères, sendo o perímetro médio do circuito magnéticoigual a 40cm.

a) cm/A5,12cm40100.A5

PN.I

PH

mm===τ=

b) m/A250 1m4,0100.A5

PN.I

PH

mm===τ=

Eletroímã

A distribuição de um solenóide sobre o fluxo magnético é difícil de ser obtida pois,como vimos anteriormente, um solenóide nada mais é que um condutor enrolado emforma de hélice.

Se a ele aplicarmos uma corrente, teremos formado um campo magnético.

O fluxo magnético sempre prefere percorrer um caminho através de um núcleo dematerial ferroso ao invés de um núcleo de ar.

Denomina-se eletroímã ao conjunto de um ou mais solenóides montados em umnúcleo ferroso.

O campo magnético encontra maior facilidade para fluir em uma bobina com núcleo dematerial ferroso.

Com a mesma corrente, o campo magnético será substancialmente maior.



Notas1. No solenóide com núcleo de ar, a densidade do fluxo magnético cresce

proporcionalmente com a corrente.2. No solenóide com núcleo de material ferroso, a densidade do fluxo magnético

aumenta sensivelmente no período inicial.

Entretanto, os materiais ferrosos ficam saturados com a crescente densidade dofluxo magnético e a variação da corrente não influirá no seu rendimento.

As forças magnéticas dispõem-se em linhas de força.

Essas linhas se apresentam em grande número, constituindo o campo magnético.

Portanto, fluxo de indução magnética é a quantidade total de linhas de força de umímã.

O fluxo de indução magnética é representado graficamente pela letra grega maiúsculaΦ (lê-se fi).

No Sistema Eletromagnético, uma linha de indução denomina-se maxwell e adensidade magnética é expressa em maxwells por centímetro quadrado.

Neste sistema, a unidade de densidade magnética é o gauss:

1 gauss = 2cmMx1 .



No Sistema Internacional, uma linha de indução denomina-se webber e a densidademagnética é expressa em webbers por metro quadrado.

Neste sistema, a unidade de densidade magnética é o tesla:

1 tesla = 2m

Wb1 .

ObservaçãoDensidade de um campo magnético significa o número de linhas por unidade deseção.

No Sistema Eletromagnético é necessária a variação de 108Mx/segundo para induzir 1volt de tensão em um condutor.

No Sistema Internacional é necessária a variação de 1Wb/segundo para induzir amesma tensão no condutor.

Conclusão1 webber = 108 maxwell e, por conseguinte,1 tesla = 104 gauss.

A intensidade do campo magnético para produzir uma densidade de fluxo magnético édistinta para cada material e se obtém experimentalmente.

Por exemplo, o ferro fundido é mais difícil de ser magnetizado que o aço fundido.Os resultados podem ser representados através de tabelas ou gráficos.



Curvas dos valores de B em função das A/cm (para os materiais de qualidade médianormal)



Valores de B e das amp-espiras-cm para materiais de qualidade média normal

Ferro forjado

e aço fundidoFerro fundido

Lâmina de ferro

normal

Lâmina de ferro

com silício

B A/cm B A/cm B A/cm B A/cm

1 000 0,7 1 000 2 1 000 0,45 1 000 0,8

2 000 0,9 2 000 4,5 2 000 0,5 2 000 1

3 000 1 3 000 8 3 000 0,6 3 000 1,25

4 000 1,2 4 000 13 4 000 0,7 4 000 1,45

5 000 1,4 5 000 20 5 000 0,9 5 000 1,6

6 000 1,7 6 000 28 6 000 1,3 6 000 1,8

7 000 2,2 7 000 40 7 000 1,7 7 000 2

8 000 2,7 8 000 55 8 000 2,3 8 000 2,5

9 000 3,2 9 000 80 9 000 3,3 9 000 3,1

10 000 4 10 000 110 10 000 4,7 10 000 4

11 000 5 11 000 150 11 000 6,3 11 000 5

12 000 6,2 12 000 200 12 000 8 12 000 7

13 000 8,5 13 000 10,5 13 000 12

14 000 12 14 000 13,5 14 000 23

15 000 20 15 000 18 15 000 40

16 000 35 16 000 31 16 000 75

17 000 60 17 000 52 17 000 140

18 000 100 18 000 90 18 000 240

19 000 160 19 000 148

20 000 250 20 000 300

21 000 400 21 000 460

22 000 750 22 000 670

23 000 900

24 000 1 200

25 000 1 530

26 000 1 900

27 000 2 300



NotaNo gráfico e na tabela, a densidade do fluxo magnético é fornecida em gauss(maxwells por centímetro quadrado) e a intensidade do campo magnético em Ae/cm ouA/cm (ampères-espiras por centímetro).

Fatores de conversão

Transformação de A/cm para A/mPara transformar A/cm para A/m basta, simplesmente, multiplicar o número de A/cmconstante da coluna por 100, pois 1m = 100cm.

Transformação de gauss para teslaComo sabemos, gauss é o número de linhas magnéticas existentes em um centímetroquadrado.

Para transformar gauss em teslas, multiplicamos por 104, pois 1m2 = 10 000cm2.

1 tesla = 104 gauss

NotaQuando utilizarmos a tabela acima e transformarmos A/cm em A/m, necessariamenteteremos que transformar B, que é dado em gauss, para teslas.

Perímetro médio do circuito magnéticoO perímetro médio do circuito magnético obtém-se através da fórmula:

Pm = 2

P P ie +

Onde:Pm = perímetro médio;Pe = perímetro externo;Pi = perímetro interno.

NotaTodas as medidas devem ser tomadas em centímetros.



Exemplos1. Calcular o perímetro médio do circuito magnético da figura abaixo.

Pe = 2 . (50 + 35) = 100 + 70 = 170cm

Pi = 2 . (40 + 25) = 80 + 50 = 130cm

Pm = cm1502

3002

1301702

PP ie ==+

=+

Resposta: Pm = 150cm

2. Calcular o perímetro da linha média da figura abaixo.

Pec = calota = cm6,1252

2,2512

80.14,32

D.===

π

Pic = calota = cm8,622

6,1252

40.14,32

D.===

π

Peu = 2(30 + 20) + 2 . 40 = 180cm

Piu = 30 + 30 + 40 = 100cm



Pm = 2

1001808,626,1252

PPPP iueuicec +++=

+++

Pm = cm2,2342

4,468 =

3. Calcular um eletroímã que possui um núcleo de chapa de aço-silício com asdimensões da figura abaixo, sabendo-se que o fecho deve ser atraído com umaforça de 5kg por pólo, quando uma corrente de 2 ampères circular pelas bobinas.



Para efetuar os cálculos, procedemos da seguinte forma:

1. Calculamos as áreas das superfícies polares S1 + S2 = ST.ST = 2 . 2,5 + 2 . 2,5 = 10cm2 ou 0,001m2.

2. Calculamos a força de atração para cada cm2.

Temos: =2cm10kg10 1kg por cm2 ou 10 000kg por m2.

3. Calculamos a densidade de fluxo magnético necessário, em gauss.

NotaPara uma atração de 4kg são necessários 10 000 gauss.

10 000 gauss __________ 4kg/cm2

x ____________________1kg/cm2

x = G50024

1.00010=

ou, em teslas:

1 tesla ________________ 40 000kg/m2

x _____________________ 10 000kg/m2

x = 0004000010 = 0,25T

4. Calculamos o comprimento da linha média do circuito magnético Pm.

Pm = 2

PP ie +

a. Perímetro externo da calota.

Pec = 2

D.π = cm7,152

10.14,3=

b. Perímetro interno da calota.

Pic = cm45,92

6.14,32

D.==

π



c. Perímetro externo de U = Peu = 10 + 10 + 10 = 30cm

d. Perímetro interno de U = Piu = 6 + 6 + 6 = 18cm

e. =+++

=+

=2

PPPP2

PPP iuiceceuie

m

215,73

21845,97,1530

=+++

Pm = 36,57cm

5. Calculamos a força magnetomotriz no aço-silício.

a) Consultando a tabela na coluna de aço-silício, para B = 2 500 temos 1,1 aampère-espira por centímetro.

b) (N) = H . Pm → temos: 1,1 . 36,57 = 40,227 ou 40A . e

6. Calculamos a força magnetomotriz no entreferro.

a) Comprimento de entreferro de núcleo em U Pm(ar) 2 . 0,1cm = 0,2cm

b) B = 1,256 . H → H = )ar(Pm

I.N

c) B = 1,256 . )ar(Pm

NI

NI = e.A398NI256,1

2,0.2500256,1Pm.B )ar( =→=

7. Calculamos o número de espiras e a bitola do fio.

a) (total) = (N) + (ar) = 40 + 398 = 438e

b) Nº de espiras = espiras2192

438I

espiras.ampère==

c) Consultamos uma tabela de fios magnéticos e adotamos uma densidade de3A /mm2.



Logo:3A _______________1mm2

2A _______________Xmm2

Xmm2 = 2mm666,0A3A2 =

Resposta: 219 espiras de fio 19 AWG.

Complementação

Nos casos em que houver um núcleo de ar entre a armadura e o fecho (entreferro),temos que considerar:a) O aumento do perímetro médio;b) A intensidade magnética no ar para produzir a mesma densidade do fluxo

magnético, a qual obtém-se calculando-se a fórmula:

B = H.0µ = µ 0 = mP

NI

Onde:oµ = 1,25, constante para o ar;

N = número de espiras do eletroímã;I = intensidade de corrente;B = densidade magnética dada 10 000G;Pm = (no entreferro) = 1mm = 0,1cm.

B = oµ . H → 10 000 = 1,25 . H → 10 000 = 1,25 . mP

NI (entreferro)

10 000Pm = NI . 1,25

NI = )espirasampère(80025,1

000125,1

1,0.00010−==

τ = NI no ferro + NI no entreferro → τ = 346,2 + 800 = 1 146,2τ = 1 146,2 (ampères-espiras)



Indução elétrica

Quando um condutor é submetido a um campo magnético variável, entre seusextremos aparece uma diferença de potencial (ddp) que, no caso, é conhecida comoforça eletromotriz induzida (fem).

Esse fenômeno é chamado indução eletromagnética.

A força eletromotriz induzida também aparece num condutor quando este se aproximaou se afasta de um ímã, isto é, quando o condutor é introduzido ou retirado do campomagnético do ímã, conforme mostra a figura a seguir.



A força eletromotriz induzida também ocorre quando o condutor é mantido em repousoe o ímã dele se aproxima ou se afasta, como se vê na figura abaixo.

As três situações a que nos referimos apresentam uma coisa em comum: a variaçãodas linhas de força cortadas pelo condutor.

Para o condutor, está sempre havendo variação de fluxo.

Esta é a condição para que se produza uma força eletromotriz induzida e para isso énecessário que exista movimento relativo entre o condutor e o campo magnético.



Nas situações anteriores, se ligarmos um galvanômetro nas extremidades doscondutores, a fem fará circular uma corrente elétrica que poderá ser verificada atravésdo deslocamento do ponteiro do instrumento.

Enrolando o condutor em forma de espiras teremos constituído um solenóide.

Introduzindo ou retirando um ímã do interior desse solenóide haverá também aprodução de uma fem.

Se ligarmos os extremos desse solenóide a um galvanômetro, veremos que a correnteelétrica circulante fará o ponteiro do instrumento deslocar-se para a direita ouesquerda, dependendo, é claro, do sentido do movimento do ímã.

O ímã, ao ser introduzido no solenóide, deslocará o ponteiro do galvanômetro para aesquerda.



Retirando-se o ímã do solenóide o ponteiro do galvanômetro será deslocado para adireita.

Os mesmos efeitos poderão ser observados se mantivermos o ímã fixo emovimentarmos o solenóide.

Construção do gerador elementarUm gerador elementar consiste de uma espira de fio disposta de tal modo que podeser girada em um campo magnético estacionário.

Esse movimento causa a indução de uma corrente na espira.

Para ligar-se a espira a um circuito externo que aproveite a fem induzida são usadoscontatos deslizantes.

Os pólos norte e sul do ímã que proporciona o campo magnético são as peças polares.

A espira de fio que gira dentro do campo é chamada de armadura ou induzido.

As extremidades da espira são ligadas aos anéis coletores, que giram com aarmadura.



As escovas fazem contato com os anéis coletores e transferem para o circuito externoa eletricidade gerada na armadura.

Na descrição do funcionamento do gerador, nas páginas seguintes, imagine que aespira gira dentro do campo magnético.

À medida que os lados da espira cortam as linhas de força do campo, eles geram umafem que produz uma corrente através da espira, anéis coletores, escovas, medidor decorrente com zero central e resistor de carga - tudo ligado em série.

A fem induzida que é gerada na espira, e portanto, a corrente produzida, depende daposição da espira em relação ao campo magnético.

Analisemos agora a ação da espira em seu movimento de rotação no campo.

Funcionamento do gerador elementarEis como funciona o gerador elementar.

Imagine que a espira (armadura) está girando da esquerda para a direita e que A é suaposição inicial (0º).

Na posição A, o plano da espira é perpendicular ao campo magnético e seuscondutores branco e preto se deslocam paralelamente ao campo magnético.



Quando um condutor se move paralelamente a um campo magnético, e não corta aslinhas de força do campo e, portanto, não pode ser gerada fem no condutor.

Isto se aplica aos condutores da espira quando estão na posição A, pois não há feminduzida e, portanto, não há corrente no circuito.

A leitura do medidor de intensidade de corrente é zero.

À medida que a espira se desloca da posição A para a posição B, os condutorescortam um número cada vez maior de linhas de força, até que a 90º (posição B), elesestão cortando o número máximo de linhas.

Em outras palavras, entre 0º e 90º a fem induzida nos condutores cresce de zero até ovalor máximo.

Observe que, de 0º a 90º, o condutor preto se desloca para baixo, enquanto o condutorbranco se desloca para cima.

Portanto, as forças eletromotrizes induzidas nos dois condutores estão em série e sesomam.

A tensão resultante entre as escovas (tensão entre os terminais) é igual ao dobro dafem em um condutor porque as forças eletromotrizes nos dois condutores têm valoresiguais.A corrente no circuito varia da mesma maneira que a fem induzida é igual a zero naposição de 0º grau e cresce até um máximo a 90º.



O ponteiro do medidor de corrente sofre deflexão para a direita entre as posições A eB, indicando que a corrente na carga está passando no sentido mostrado.

O sentido da corrente e a polaridade da fem induzida dependem do sentido do campomagnético e do sentido de rotação da armadura.

A forma de onda mostra a variação da tensão nos terminais do gerador desde aposição A até a posição B.

O desenho simplificado ilustra o gerador em outra posição, para evidenciar a relaçãoque existe entre a posição da espira e a forma de onda gerada.

Com a continuação do movimento da espira, da posição B (90º) até a posição C (180º)os condutores que estavam cortando um número máximo de linhas de força naposição B passam a cortar um número cada vez menor, até que, na posição C, elesnovamente se deslocam paralelamente ao campo magnético e não mais cortam linhasde força.

Consequentemente, a fem induzida decresce de 90º a 180º, da mesma maneira comocresceu de 0º a 90º.

A intensidade da corrente segue as variações da tensão.



A figura abaixo ilustra a ação do gerador na posição C.

De 0º até 180º, o sentido do movimento dos condutores da espira no campo magnéticonão se alterou e, portanto, a polaridade da fem induzida também não se alterou.

Quando a espira ultrapassa a posição de 180º e retorna à posição A, o sentido domovimento dos condutores em relação ao campo é invertido.

Agora o condutor preto se move para cima e o condutor branco, para baixo.

Como resultado, a polaridade da fem induzida e o sentido da corrente são invertidos.

Da posição C, passando por D e até a posição A, a corrente tem sentido oposto ao quetinha da posição A até a posição C, e a tensão nos terminais do gerador será igual àque foi produzida de A até C, porém com a polaridade invertida.

A forma de onda da tensão de saída corresponde à rotação completa da espira, comose vê na figura abaixo.



Retorno da espira à posição inicial (A) perfazendo uma volta completa, ou seja, 360º.

Concluindo, podemos definir: corrente alternada é a corrente que flui ora num sentido,ora no sentido oposto.

Regra da mão esquerda

Para tornar mais prática a determinação do sentido de uma força eletromotriz induzida,existem as regras da mão esquerda e da mão direita, resultantes da observaçãorepetida do fenômeno em estudo.

A regra da mão esquerda consiste na utilização dos dedos indicador, polegar e médio.O indicador indica o sentido do campo, o polegar indica o sentido do movimento docondutor e o dedo médio incida o sentido do movimento dos elétrons (sentido dacorrente).

Os dedos polegar, indicador e médio devem ficar em posição perpendicular, como seobserva nos desenhos seguintes.



ObservaçãoAlém da regra da mão esquerda existe também a da mão direita, conhecida comoregra de Fleming e que é anterior à da mão esquerda.

Essa regra refere-se ao sentido convencional da corrente, isto é, o movimento doselétrons do positivo para o negativo, enquanto a regra da mão esquerda indica osentido real da corrente, que flui do negativo para o positivo.

Gerador de corrente contínua (CC)

Substituindo-se os anéis coletores do alternador por lâminas comutadoras teremos umgerador de CC, também denominado dínamo.

Analise a ação do comutador para converter a CA gerada em CC.

Na posição A, a espira está perpendicular ao campo magnético e não há geração defem em seus condutores (lados).

Portanto, não existe corrente.

Observe que as escovas estão em contato com ambos os segmentos do comutador,colocando efetivamente a espira em curto-circuito.

Isto não cria problema, pois não há corrente.

Quando a espira ultrapassa a posição A (0º), o curso se desfaz.



A escova preta está ligada ao condutor preto, enquanto a escova branca está ligada aocondutor branco.

À medida que a espira gira no sentido do movimento dos ponteiros de um relógio, daposição A para a posição B, a fem induzida começa a crescer a partir de zero, até que,na posição B (90º), ela se torna máxima.

Como a corrente varia com a fem induzida, ela também terá a sua intensidade máximaa 90º.

Continuando o movimento da espira, no mesmo sentido, de B para C, a fem induzidadecresce, até que, na posição C (180°) Torna-se novamente igual a zero.

A forma de onda mostra a variação da tensão entre os terminais do gerador, de 0º a180º.

Comutação - conversão de CA em CC



Observe que, na posição C, a escova preta está deixando o segmento preto eentrando em contato com o segmento branco, enquanto, ao mesmo tempo, a escovabranca está deixando o segmento branco e entrando em contato com o segmentopreto.

Especificamente, para efeito de interpretação observe que na figura seguinte a escovaestá sempre em contato com o lado que se move para cima.

Como a corrente no condutor que se move para cima se dirige para a escova, aescova branca é o terminal negativo e a escova preta é o terminal positivo do geradorde CC.

Enquanto a espira continua girando, da posição C (180º) passando pela posição D(270º) e voltando à posição A (360º ou 0º), a escova preta está ligada ao fio branco,que se move para baixo, e a escova branca está ligada ao condutor preto, que estásubindo.

Como resultado, a polaridade da forma de onda da tensão gerada, entre 180º e 360º, éa mesma da que foi gerada de 0º a 180º.

Observe que a corrente passa através do amperímetro sempre no mesmo sentido,embora o seu sentido na espira seja invertido em cada semiciclo.

Portanto, a tensão de saída tem sempre a mesma polaridade mas varia de valor,crescendo de 0º até um máximo, caindo outra vez a zero, crescendo novamente atéum máximo e, afinal, caindo outra vez a zero, sempre que a espira completa umarotação.



Veja figura abaixo.

Completando a volta da espira teremos 360º completos e uma onda de dois semiciclosmostrando uma corrente contínua pulsante, sempre de mesma direção.

Melhorando a saída de CCAntes de estudar os geradores, você estava familiarizado com as tensões contínuasinvariáveis, produzidas, por exemplo, por pilhas.

Agora você sabe que a saída de um gerador elementar de CC é uma tensão contínuapulsativa, que varia, periodicamente, de zero até um máximo.

Embora essa tensão pulsativa seja contínua, seu valor não é adequadamenteconstante para alimentar os equipamentos e aparelhos de CC.

Portanto, o gerador elementar de CC deve ser modificado para que produza umacorrente contínua mais constante.



Isto é conseguido com a adição de mais bobinas ao induzido.

A figura seguinte mostra um gerador cujo induzido tem duas bobinas (cada bobina comapenas 1 espira) colocadas em ângulo reto.

Observe que o comutador tem agora quatro segmentos, conhecidos como lâminas docomutador.

As lâminas opostas são ligadas aos terminais de uma mesma bobina.

Na posição indicada na figura, as escovas estão ligadas à bobina branca, onde umatensão máxima está sendo gerada, porque ela está se movendo perpendicularmenteao campo.

À medida que o induzido gira no sentido do movimento dos ponteiros de um relógio, asaída da bobina branca começa a decrescer.

Depois de um oitavo de rotação (45º), as escovas passam para as lâminas pretas docomutador, cuja bobina está começando a cortar as linhas do campo.

A tensão de saída começa a crescer novamente, atinge um máximo a 90º e, então,volta a diminuir, quando a bobina preta passa a cortar um número menor de linhas deforça.

A 135º, há uma nova comutação e as escovas são outra vez ligadas à bobina branca.

A forma de onda da tensão de saída aparece no gráfico a seguir, durante toda umarotação, superposta à tensão de uma única espira.



Observe que a saída nunca é menor do que o valor Y.

A variação da tensão ocorre entre Y e o máximo e não entre zero e o máximo.

Esta variação da tensão de saída de um gerador de CC chama-se ondulação.

É claro que a tensão produzida pela armadura com duas bobinas aproxima-se muitomais de uma CC constante do que a tensão produzida pelo gerador elementar.

Onda da CC menos ondulada (menos pulsante)

Embora a saída do gerador com duas bobinas aproxime-se muito mais de uma CCconstante do que a saída do gerador com uma única bobina, ainda há ondulaçãodemais para aplicação em equipamentos elétricos.

Para tornar a saída mais constante, a armadura é construída com um grande númerode bobinas e o comutador é dividido em número igual de lâminas.

As bobinas são dispostas de tal modo que sempre haverá algumas delas cortando aslinhas de força do campo magnético.

Como resultado, a saída do gerador contém uma ondulação muito pequena,atendendo a maioria das finalidades práticas.

A tensão induzida em uma bobina de uma espira não é muito grande.

Para produzir uma tensão de saída elevada, cada bobina da armadura de um geradorconsiste de muitas espiras de fio ligadas em série.



Como resultado, a tensão de saída é muito maior do que a gerada em uma bobina comapenas uma espira.Bobinas com muitas espiras aumentam a tensão de saída.



Transformador monofásico

Os aparelhos eletroeletrônicos são construídos para funcionar alimentados pela redeelétrica. Todavia, a grande maioria deles usam tensões muito baixas para alimentarseus circuitos: 6V, 12V, 15V. Um dos dispositivos utilizados para fornecer baixastensões a partir das redes de 110V ou 220V é o transformador.

Por isso, é extremamente importante que os técnicos de eletroeletrônica conheçam ecompreendam as características desse componente.

Este capítulo apresenta as especificações técnicas e modo de funcionamento dostransformadores, de modo a capacitá-lo a conectar, testar e especificar corretamenteesses dispositivos.

Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades deste capítulo, vocêdeverá ter bons conhecimentos prévios sobre corrente alternada, indutores em CA,relação de fase entre tensões e eletromagnetismo.

Transformador

O transformador é um dispositivo que permite elevar ou rebaixar os valores de tensãoem um circuito de CA. A grande maioria dos equipamentos eletrônicos empregatransformadores para elevar ou rebaixar tensões.



A figura a seguir mostra alguns tipos de transformadores.

FuncionamentoQuando uma bobina é conectada a uma fonte de CA, um campo magnético variávelsurge ao seu redor. Se outra bobina se aproximar da primeira, o campo magnéticovariável gerado na primeira bobina corta as espiras da segunda bobina.

Em conseqüência da variação do campo magnético sobre as espiras, surge umatensão induzida na segunda bobina.

A bobina na qual se aplica a tensão CA é denominada primário do transformador. Abobina onde surge a tensão induzida é denominada secundário do transformador.



ObservaçãoAs bobinas primária e secundária são eletricamente isoladas entre si. Isso se chamaisolação galvânica. A transferência de energia de uma para a outra se dáexclusivamente através das linhas de forças magnéticas.

A tensão induzida no secundário é proporcional ao número de linhas magnéticas quecortam a bobina secundária e ao número de suas espiras. Por isso, o primário e osecundário são montados sobre um núcleo de material ferromagnético.

Esse núcleo tem a função de diminuir a dispersão do campo magnético fazendo comque o secundário seja cortado pelo maior número possível de linhas magnéticas.Como conseqüência, obtém-se uma transferência melhor de energia entre primário esecundário.

Veja a seguir o efeito causado pela colocação do núcleo no transformador.



Com a inclusão do núcleo, embora o aproveitamento do fluxo magnético gerado sejamelhor, o ferro maciço sofre perdas por aquecimento causadas por dois fatores: ahisterese magnética e as correntes parasitas.

As perdas por histerese magnética são causadas pela oposição que o ferro oferece àpassagem do fluxo magnético. Essas perdas são diminuídas com o emprego de ferrodoce na fabricação do núcleo.

As perdas por corrente parasita (ou correntes de Foulcault) aquecem o ferro porque amassa metálica sob variação de fluxo gera dentro de si mesma uma força eletromotriz(f.e.m.) que provoca a circulação de corrente parasita.

Para diminuir o aquecimento, os núcleos são construídos com chapas ou lâminas deferro isoladas entre si. O uso de lâminas não elimina o aquecimento, mas torna-obastante reduzido em relação ao núcleo de ferro maciço.

ObservaçãoAs chapas de ferro contêm uma porcentagem de silício em sua composição. Issofavorece a condutibilidade do fluxo magnético.

A figura a seguir mostra os símbolos usados para representar o transformador,segundo a norma NBR 12522/92

Transformador comdois enrolamentos

Transformador comtrês enrolamentos Autotransformador

Transformador comderivação central em

um enrolamento



Transformadores com mais de um secundárioPara se obter várias tensões diferentes, os transformadores podem ser construídoscom mais de um secundário, como mostram as ilustrações a seguir.

Relação de transformaçãoComo já vimos, a aplicação de uma tensão CA ao primário de um transformador causao aparecimento de uma tensão induzida em seu secundário. Aumentando-se a tensãoaplicada ao primário, a tensão induzida no secundário aumenta na mesma proporção.Essa relação entre as tensões depende fundamentalmente da relação entre o númerode espiras no primário e secundário.

Por exemplo, num transformador com primário de 100 espiras e secundário de 200espiras, a tensão do secundário será o dobro da tensão do primário.



Se chamarmos o número de espiras do primário de NP e do secundário de NS

podemos escrever: VS/VP = 2 NS/NP = 2.

Lê-se: saem 2 para cada 1 que entra.

O resultado da relação VS/ VP e NS/NP é chamado de relação de transformação eexpressa a relação entre a tensão aplicada ao primário e a tensão induzida nosecundário.

Um transformador pode ser construído de forma a ter qualquer relação detransformação que seja necessária. Veja exemplo na tabela a seguir.

Relação de Transformação Transformação

3 VS = 3 . VP

5,2 VS = 5,2 . VP

0,3 VS = 0,3 . VP

ObservaçãoA tensão no secundário do transformador aumenta na mesma proporção da tensão doprimário até que o ferro atinja seu ponto de saturação. Quando esse ponto é atingido,mesmo que haja grande variação na tensão de entrada, haverá pequena variação natensão de saída.

Tipos de transformadoresOs transformadores podem ser classificados quanto à relação de transformação.Nesse caso, eles são de três tipos:• Transformador elevador;• Transformador rebaixador;• Transformador isolador.

O transformador elevador é aquele cuja relação de transformação é maior que 1, ouseja, NS > NP. Por causa disso, a tensão do secundário é maior que a tensão doprimário, isto é, VS> VP.

O transformador rebaixador é aquele cuja relação de transformação é menor que 1, ouseja, NS < NP. Portanto, VS < VP.



Os transformadores rebaixadores são os mais utilizados em eletrônica. Sua função érebaixar a tensão das redes elétricas domiciliares (110 V/220 V) para tensões de 6 V,12 V e 15 V ou outra, necessárias ao funcionamento dos equipamentos.

O transformador isolador é aquele cuja relação de transformação é de 1 para 1, ouseja, NS = NP. Como conseqüência, VS = VP.

Os transformadores isoladores são usados em laboratórios de eletrônica para isolareletricamente da rede a tensão presente nas bancadas. Esse tipo de isolação échamado de isolação galvânica.

Veja a seguir a representação esquemática desses três tipos de transformadores.



Relação de potênciaComo já foi visto, o transformador recebe uma quantidade de energia elétrica noprimário, transforma-a em campo magnético e converte-a novamente em energiaelétrica disponível no secundário.

A quantidade de energia absorvida da rede elétrica pelo primário é denominada depotência do primário, representada pela notação PP. Admitindo-se que não existamperdas por aquecimento do núcleo, pode-se concluir que toda a energia absorvida noprimário está disponível no secundário.

A energia disponível no secundário chama-se potência do secundário (PS). Se nãoexistirem perdas, é possível afirmar que PS = PP.A potência do primário depende da tensão aplicada e da corrente absorvida da rede,ou seja: PP = VP . IP

A potência do secundário, por sua vez, é o produto da tensão e corrente nosecundário, ou seja: PP = VS . IS.

A relação de potência do transformador ideal é, portanto:VS . IS = VP . IP

Esta expressão permite que se determine um dos valores do transformador se osoutros três forem conhecidos. Veja exemplo a seguir.



ExemploUm transformador rebaixador de 110V para 6V deverá alimentar no seu secundáriouma carga que absorve uma corrente de 4,5 A. Qual será a corrente no primário?

VP = 110 VVS = 6 VIS = 4,5 AIP = ?

Como VP . IP = VS . IS, então:

mA 245 ou A 245,011027

1105,4.6

VI.VI

P

SSP ====

Potência em transformadores com mais de um secundárioQuando um transformador tem mais de um secundário, a potência absorvida da redepelo primário é a soma das potências fornecidas em todos os secundários.



Matematicamente, isso pode ser representado pela seguinte equação:

PP = PS1 + PS2 + ... + PSn

Onde PP é a potência absorvida pelo primário;PS1 é a potência fornecida pelo secundário 1;PS2 é a potência fornecida pelo secundário 2;PSn é a potência fornecida pelo secundário n.

Essa expressão pode ser reescrita usando os valores de tensão e corrente dotransformador:

VP . IP = (VS1 . IS1) + (VS2 . IS2) + ... + (VSn . ISn)

Onde: VP e IP são respectivamente tensão e corrente do primário;VS1 e IS1 são respectivamente tensão e corrente do secundário 1;VS2 e IS2 são respectivamente tensão e corrente do secundário 2;VSn e ISn são respectivamente tensão e corrente do secundário n.

ExemploDeterminar a corrente do primário do transformador mostrado a seguir:

PP = VP . IPVP . IP = (VS1 . IS1) + (VS2 . S2) = (6 . 1) + (40 . 1,5) = 6 + 60 = 66 VA



PP = 66 VA

A6,011066

VPI

P

PP ===

IP = 0,6 A ou 600 mA

Ligação de transformadores em 110 V e 220 VAlguns aparelhos eletrônicos são fabricados de tal forma que podem ser usados tantoem redes de 110V quanto de 220V. Isso é possível através da seleção feita por meiode uma chave situada na parte posterior do aparelho.

Na maioria dos casos, essa chave está ligada ao primário do transformador. Deacordo com a posição da chave, o primário é preparado para receber 110V ou 220Vda rede elétrica e fornece o mesmo valor de tensão ao secundário.

Existem dois tipos de transformadores cujo primário pode ser ligado para 110V e220V:• Transformador 110V/220V com primário a três fios;• Transformador 110V/220V com primário a quatro fios.

Transformador com primário a três fiosO primário do transformador a três fios é constituído por uma bobina para 220 V comuma derivação central.



Essa derivação permite que se utilize apenas uma das metades do primário de modoque 110V sejam aplicados entre uma das extremidades da bobina e a derivaçãocentral.

Veja a seguir a representação esquemática dessa ligação.

A chave usada para a seleção 110V/220V é normalmente deslizante, de duasposições e dois pólos. É também conhecida como HH.



Transformador com primário a quatro fiosO primário desse tipo de transformador constitui-se de duas bobinas para 110V,eletricamente isoladas entre si.

Ligação para 220VEm um transformador para entrada 110V/220V com o primário a quatro fios, a ligaçãopara 220V é feita colocando as bobinas do primário em série. Deve-se observar aidentificação dos fios, ou seja, I1 para a rede, I2 e F1 interligados e F2 para a rede.



Ligação para 110VEm um transformador para entrada 110V/220V com primário a quatro fios, a ligaçãopara 110V é feita colocando as duas bobinas primárias em paralelo respeitando aidentificação dos fios, ou seja, I1 em ponte com I2 na rede, F1 em ponte com F2 narede.

Quando a chave HH está na posição 110 V, os terminais I1, I2, F1 e F2 são conectadosem paralelo à rede.



Quando a chave HH está na posição 220V, os terminais I1 e F2 ficam ligados à redepor meio da chave.

Instalação de dispositivos de controle e proteção

Em todo o equipamento elétrico ou eletrônico, é necessário dispor de dispositivos decomando do tipo liga/desliga e de dispositivos de proteção que evitam danos maioresem caso de situações anormais. Normalmente, tanto os dispositivos de controlequanto os de proteção são instalados na entrada de energia do circuito, antes dotransformador.

Para a proteção do equipamento, geralmente um fusível é usado. Sua função éromper-se caso a corrente absorvida da rede se eleve. Isso corta a entrada de energiado transformador.

O fusível é dimensionado para um valor de corrente um pouco superior à correntenecessária para o primário do transformador. Alguns equipamentos têm mais de umfusível: um "geral", colocado antes do transformador e outros colocados dentro docircuito de acordo com as necessidades do projeto.



Veja a seguir a representação esquemática da ligação do fusível e chave liga/desligano circuito.

ObservaçãoTanto na ligação para 110V quanto para 220V, a ordem de início e fim das bobinas éimportante. Normalmente, os quatro fios do primário são coloridos e o esquema indicaos fios.

I1 - início da bobina 1;F1 - fim da bobina 1;I2 - início da bobina 2;F2 - fim da bobina 2.



Identificação dos terminais

Quando não se dispõe, no esquema do transformador, da identificação do início ou fimdos terminais da bobina, é necessário realizar um procedimento para identificá-los.Isso é necessário porque se a ligação for realizada incorretamente, o primário podeser danificado irreversivelmente.

O procedimento é o seguinte:• Identificar, com o ohmímetro, o par de fios que corresponde a cada bobina.

Sempre que o instrumento indicar continuidade, os dois fios medidos são damesma bobina. Além de determinar os fios de cada bobina, esse procedimentopermite testar se as bobinas estão em boas condições;

• Separar os pares de fios de cada bobina;• Identificar os fios de cada uma das bobinas com início e fim I1, F1 e I2, F2.

A identificação de início e fim pode ser feita aleatoriamente em cada bobina daseguinte forma:1. Interligar as bobinas do primário em série;2. Aplicar, no secundário, uma tensão CA de valor igual à tensão nominal do

secundário. Por exemplo: em um transformador 110V/220V x 6V, deve-se aplicaruma tensão de 6V no secundário.



No transformador usado como exemplo, se 220V forem aplicados ao primário,serão obtidos 6V no secundário. Da mesma forma, se forem aplicados 6V nosecundário, deve-se obter 220V no primário (em série). Assim, é possível verificarse a identificação está correta, medindo a tensão nas extremidades do primário.

3. Medir a tensão das extremidades do primário. Se o resultado da medição for 220V,a identificação está correta. Se o resultado for 0V, a identificação está errada.Nesse caso, para corrigir a identificação, deve-se trocar apenas a identificação deuma das bobinas (I1 por F1 ou I2 por F2).

ObservaçãoÉ conveniente repetir o teste para verificar se os 220V são obtidos no primário.

Especificação de transformadores

A especificação técnica de um transformador deve fornecer:• A potência em VA (pequenos transformadores);• As tensões do primário;• As tensões do secundário.

A especificação 110V/220V 6V - 1A 30V-0,5 A indica um transformador com asseguintes características:• Primário - entrada para 110V ou 220V;• 2 secundários - um para 6V-1A e um para 30V-0,5A.

A especificação técnica de um transformador em que o secundário tenha derivaçãocentral é feita da seguinte maneira: 12VA, de potência; 110V/220V, características doprimário; 6 + 6V, secundário com 6 + 6V, ou seja, 6V entre as extremidades e aderivação central; 1A, corrente no secundário.

Relação de fase entre as tensões do primário e do secundário

A tensão no secundário é gerada quando o fluxo magnético variável corta as espirasdo secundário. Como a tensão induzida é sempre oposta à tensão indutora, a tensãono secundário tem sentido contrário à do primário.



Isso significa que a tensão no secundário está defasada 180o da tensão no primário,ou seja, quando a tensão no primário aumenta num sentido, a tensão do secundárioaumenta no sentido oposto.

Ponto de referência

Considerando-se a bobina do secundário de um transformador ligado em CA, observa-se que a cada momento um terminal é positivo e o outro é negativo. Após algumtempo, existe uma troca de polaridade. O terminal que era positivo torna-se negativo evice-versa.

Nos equipamentos eletrônicos é comum um dos terminais do transformador ser usadocomo referência, ligado ao terra do circuito. Nesse caso, o potencial do terminalaterrado é considerado como sendo 0V, não apresentando polaridade.

Isto porém não significa que não ocorra a troca de polaridade no secundário. Em umsemiciclo da rede, o terminal livre é positivo em relação ao terminal aterrado(referência).



No outro semiciclo, o terminal livre é negativo em relação ao potencial de referência.

Rendimento (ηηηη)

Entre todas as máquinas elétricas, o transformador é uma das que apresentam maiorrendimento. Mesmo assim, ocorrem perdas na transformação de tensão.

O rendimento expressa a potência que realmente está sendo utilizada, pois, parte dapotência é dissipada em perdas no ferro e no cobre.

A relação entre a potência medida no primário e a potência consumida no secundárioé que define o rendimento de um transformador:

%100.PP

P

S=η

Nessa igualdade η é o rendimento do transformador em porcentagem; PS é a potênciadissipada no primário em volt ampère; PP é a potência dissipada no primário em voltampère, e 100% é o fator que transforma a relação em porcentagem.



Por exemplo, ao medir as potência do primário e secundário de um transformadorchegou-se ao seguinte resultado:

O redimento desse transformador pode ser determinado utilizando a equação:

%6,92%100.162150

PP

P

S ===η

O rendimento desse transformador é de 92,6 %.

Transformador com derivação central no secundário

O transformador com derivação central no secundário ("center tap") tem amplaaplicação em eletrônica. Na maioria dos casos, o terminal central é utilizado comoreferência e é ligado ao terra do circuito eletrônico.

Durante seu funcionamento, ocorre uma formação de polaridade bastante singular.



Num dos semiciclos da rede, um dos terminais livres do secundário tem potencialpositivo em relação à referência. O outro terminal tem potencial negativo e a inversãode fase (180o) entre primário e secundário ocorre normalmente.

No outro semiciclo há uma troca entre as polaridades das extremidades livres dotransformador, enquanto o terminal central permanece em 0 V e acontece novamentea defasagem de 180o entre primário e secundário. Assim, verificamos que, com essetipo de transformador, é possível conseguir tensões negativas e positivasinstantaneamente, usando o terminal central como referência. Isso pode serobservado com o auxílio de um osciloscópio.

Veja ilustração abaixo:



Transformador trifásico

Já aprendemos que a energia elétrica em corrente alternada é a mais comumenteusada, porque seus valores de tensão podem ser alterados com facilidade. Esse fatofacilita bastante a geração, a transmissão e a distribuição da energia elétrica desde ausina geradora até os consumidores.

A transmissão de energia elétrica só é economicamente viável se realizada em altastensões e para obter níveis adequados de tensão são utilizados os transformadorestrifásicos.

Nesta unidade, aprenderemos o que é um transformador trifásico e os tipos possíveisde suas ligações.

Para aprender esses conteúdos com mais facilidade, você deve ter conhecimentosanteriores sobre: corrente alternada, ligação em estrela, ligação em triângulo etransformadores monofásicos.

Distribuição de energia elétrica

A transmissão de energia elétrica só é economicamente viável se feita em tensõeselevadas.

Primeiramente, através de transformadores, a tensão é elevada a 88kV. Então, ela étransportada por meio de linhas de transmissão até uma subestação central.



Nessa subestação, com o auxílio de transformadores, a tensão é de novo reduzidapara 13,2kV ou 23kV ou outro valor adequado.

O consumo de energia se faz, pois, em baixa tensão. Assim, antes de ser distribuída, atensão é reduzida outra vez nas subestações.

A distribuição em baixa tensão se processa nas tensões de 110/220V e 220V e variade cidade para cidade, dependendo da concessionária fornecedora de energia. Cadaum desses valores requer um tipo de transformador apropriado a essa distribuição.

Isso significa que a distribuição das tensões de 110/220V é realizada portransformadores monofásicos. Já a distribuição das tensões de 127/220V se faz portransformadores trifásicos com o secundário ligado em estrela.

A distribuição das tensões de 127/220V se faz por transformadores trifásicos com osecundário ligado em triângulo.

Transformadores trifásicos

Como já sabemos, o transformador é o equipamento que permite rebaixar ou elevar osvalores de tensão ou corrente de CA de um circuito. Seu princípio de funcionamentobaseia-se no fato de que uma tensão é induzida no secundário quando este é cortadopelo fluxo magnético variável gerado no primário.

O transformador é formado basicamente pelo núcleo e pelas bobinas (primária esecundária).



O núcleo constitui o circuito magnético do transformador. É uma peça metálicaconstruída com chapas de ferro-silício isoladas entre si e sobre a qual são montadasas bobinas.

Os transformadores trifásicos, usados na distribuição de eletricidade, têm as mesmasfunções que o transformador monofásico: abaixar ou elevar a tensão.

Trabalham com três fases e são de porte grande e mais potentes que os monofásicos.

O núcleo dos transformadores trifásicos também é constituído de chapas de ferro-silício. Essas chapas possuem três colunas que são unidas por meio de duasarmaduras. Cada coluna serve de núcleo para uma fase onde estão localizadas duasbobinas, uma primária e outra secundária. Por essa razão, esses transformadores têmno mínimo seis bobinas, três primárias e três secundárias, isoladas entre si.

As bobinas das três fases devem ser exatamente iguais.

Num transformador trifásico, cada fase funciona independentemente das outras duascomo se fossem três transformadores monofásicos em um só. Isso significa que trêstransformadores monofásicos exatamente iguais podem substituir um transformadortrifásico.



Esse sistema é mais econômico, pois facilita os serviços de manutenção, reparação eaumento de capacidade do banco de transformadores. A ligação inicial de doistransformadores seja acrescentado quando houver um aumento de carga.

Tipos de ligação de transformadores trifásicos

As ligações internas entre as três fases do transformador trifásico podem ser feitas deduas maneiras:• Ligação em estrela (Y);• Ligação em triângulo ( ∆ ).

Tudo o que já foi estudado sobre as ligações em estrela e em triângulo vale tambémpara os transformadores trifásicos.

A ilustração a seguir mostra as representações esquemáticas possíveis para essestipos de ligação.



As ligações em estrela e em triângulo são executadas tanto no primário quanto nosecundário do transformador. Nos diagramas, as letras H e X representamrespectivamente o primário e o secundário, enquanto as extremidades dosenrolamentos são identificados por números.

As ligações do primário e do secundário podem ser combinadas de várias formas:• Em estrela no primário e em estrela no secundário;• Em triângulo no primário e em triângulo no secundário;• Em estrela no primário e em triângulo no secundário e vice-versa.

A figura abaixo mostra de modo esquemático esse tipos de combinações.



Quando é necessário equilibrar as cargas entre as fases do secundário, emprega-se aligação em ziguezague.

Se, por exemplo, a fase 1 do secundário estiver recebendo mais carga, essedesequilíbrio será compensado pela indução das duas colunas onde a fase 1 estádistribuída.

Para que as combinações de ligações sejam realizadas, os transformadores sãodivididos em dois grupos:• Grupo A: quando a tensão do secundário está em fase com a tensão do primário;• Grupo B: quando a tensão do secundário está defasada em 30.

Dois transformadores de um pequeno grupo podem ser ligados em paralelo, desde queexista entre eles correspondência de tensão e impedância.

Transformadores de grupos diferentes não podem ser ligados em paralelo.

Na tabela abaixo são apresentadas as interligações dos enrolamentos, a relação detransformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os transformadores dogrupo A.



Tipos de ligação de transformadores do grupo A

DiagramaSímbolo e

denominaçãoEnrolamento de mais

alta tensão

Enrolamento de mais

baixa tensão

Relação de

transformação (tensão

entre fases)

∆ / ∆

triângulo-triânguloEx =

H

x

N

N . EH

Y / Y

estrela-estrelaEx =

H

x

N

N . EH

∆ /

triângulo-ziguezague Ex = H

Hx

N.2

3EN . .

Para verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador pelos lides outerminais de tensão mais elevada com uma fonte de corrente trifásica apropriada. Emseguida, ligam-se os terminais H1 e X1 entre si (curto-circuito).

Finalmente, mede-se a tensão entre os vários pares de terminais. O resultado deve sero seguinte:• Tensão entre H2 e X3 igual à tensão entre H3 e X2;• Tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H1 e X2;• Tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e X3.



Na tabela a seguir, são apresentadas as interligações dos enrolamentos, a relação detransformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os transformadores dogrupo B.

Tipos de ligação de transformadores trifásicos do grupo B

DiagramaSímbolo e

denominação Enrolamento de mais

alta tensão

Enrolamento de mais

baixa tensão

Relação de

transformação (tensão

entre fases)

∆ / Y

triângulo-estrelaEx =

H

x

N

N . 1,73 .EH

Y / ∆

estrela-triânguloEx =

3 N

EN

. .

H

Hx

Y /

estrela-ziguezagueEx =

H

Hx

N.2

3EN .

ObservaçãoNH = número de espiras do primárioNX = número de espiras do secundário

Para verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador pelosterminais de tensão mais elevada com uma corrente trifásica apropriada. Em seguida,ligam-se os terminais H1 e X1 entre si.



Finalmente, mede-se a tensão entre os vários pares de terminais. O resultado deve sero seguinte:• Tensão entre H3 e X2 igual à tensão entre H3 e X3;• Tensão entre H3 e X2 menor que a tensão entre H1 e X3;• Tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e X3;• Tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H1 e X3.

Resfriamento de transformadores trifásicos

Os transformadores, quando em funcionamento, apresentam uma pequena perda quetambém se manifesta sob a forma de calor. Assim, quanto maior a potênciaconsumida, maior é a geração de calor dentro do transformador.

Como a temperatura elevada traz danos irreparáveis ao funcionamento dotransformador, deve-se mantê-la dentro de limites seguros.

Segundo a norma da ABNT (EB91), existem dois tipos de resfriamento:• A seco;• Com líquido isolante.

Transformador com resfriamento a secoSegundo a norma EB91, �transformador a seco é o transformador cujos núcleo eenrolamento estão envoltos e refrigerados pelo ar do ambiente�.

Dentro desse grupo estão todos os pequenos transformadores e os de baixa potêncianos quais a troca de calor é feita com o ar.

Para os transformadores desse grupo que necessitarem de maior refrigeração, usam-se ventiladores que forçam a circulação do ar. Isso acontece em aparelhos eletrônicoscomo os microcomputadores, por exemplo.

Transformador em líquido isolanteDe acordo com a norma EB91,transformador em líquido isolante �é o transformadorcujo núcleo e enrolamento são imersos em líquido isolante�.

Esse líquido isolante exerce duas funções: isolação e resfriamento, pois transfere paraas paredes do tanque o calor produzido.



Para cumprir essas funções, o óleo refrigerante deve possuir:• Elevada rigidez dielétrica;• Boa fluidez;• Capacidade de funcionamento com temperaturas elevadas.

O líquido isolante que possui essa característica é o óleo mineral.

ObservaçãoExiste também um óleo chamado de ascarel, mas seu uso é proibido porque éaltamente tóxico e, portanto, prejudicial à saúde.

Os transformadores que necessitam desse tipo de resfriamento são os trifásicos degrande potência usados na rede de distribuição de energia elétrica.

Perdas por efeito JouleAs perdas por efeito Joule ocorrem em forma de calor, devido à resistência ôhmica dosenrolamentos.

Essas perdas são conhecidas como perdas no cobre e ocorrem pelo efeito dahisterese magnética e das correntes parasitas (ou correntes de Foucault).

As perdas nos transformadores monofásicos são calculados através da fórmula:PCU = R1 . I12 + R2 . I22

Onde:• PCU corresponde às perdas no cobre em watts;• R1 é a resistência ôhmica do enrolamento primário, medida na temperatura de

trabalho (75C);• I1 é a corrente primária em plena carga;• R2 é a resistência ôhmica do enrolamento secundário, medida na temperatura de

trabalho (75C);• I2 é a corrente secundária em plena carga.

Pode-se observar, através da fórmula, que as perdas no cobre sofrem dois tipos devariação, ou seja:• Através da variação da carga do transformador, pois, variando a carga, variam

também as correntes primárias I1 e correntes secundárias I2;• Através da variação de temperatura de trabalho do transformador, variam também

as resistências ôhmicas dos enrolamentos primários R1 e R2.



Para o cálculo de perda nos transformadores trifásicos, a fórmula é:

PCU = 3 (R1 . IF12 + R2

2 . IF2)

Rendimento

Você já estudou que o enrolamento primário absorve potência elétrica, enquanto oenrolamento secundário fornece potência elétrica.

O rendimento de um transformador é definido pela relação entre a potência elétricafornecida pelo secundário e a potência elétrica absorvida pelo primário.

A potência absorvida pelo primário corresponde à potência fornecida pelo secundáriomais as perdas no cobre e no ferro.

Como as perdas no cobre variam em função da temperatura, o rendimento dotransformador deve ser calculado com a temperatura em regime de trabalho, ou seja,75ºC.

Para esse cálculo, usa-se a seguinte fórmula:

η~ = FECU22

22

P P I . VI . V

++ ou

η750°C = FECCU75º22

22

P P I . VI . V

++

Onde:• η:Rendimento na temperatura ambiente;• η75ºC é o rendimento na temperatura de trabalho;• V2 :Tensão secundária em volts;• I2 : Corrente secundária em ampères;• PCU: Indica as perdas no cobre à temperatura ambiente;• PCU 75ºC: Indica as perdas à temperatura de trabalho;• PFE: Indica as perdas no ferro.



Para transformadores trifásicos, a expressão é a seguinte:

η = FECUF2F2

F2F2

P P I . V

I . V++

ou

η 750ºC = FECº75CU2F2F

F2F2

PPI.VI . V

++

Onde:• VF2 é a tensão secundária de fase;• IF2 é a corrente secundária de fase.

Impedância percentual

A impedância percentual ou tensão de curto-circuito percentual corresponde a umaparte da tensão nominal do enrolamento primário suficiente para fazer circular acorrente nominal do enrolamento secundário, desde que este esteja fechado em curto-circuito.

O valor da impedância percentual varia entre 3 e 9% e vem marcado na placa dostransformadores com os símbolos Z%, Uk% ou VCC%.

Esse valor é calculado com a seguinte fórmula:

Z% = NP

CC

UV

. 100

ExemploQual a impedância percentual de um transformador com as seguintes características:• Tensão nominal do primário (UNP) = 500V• Corrente nominal do secundário (INS) = 20A• Tensão suficiente para fazer circular 20A no secundário quando fechado em curto-

circuito (VCC) = 30V.

Z% = 50030 . 100 = 6%

O valor da impedância percentual (Z%) é 6%.



A impedância percentual é um dado importante para o cálculo da corrente de curto-circuito, cuja fórmula é:

ICC = Z%IN2 . 100

ExemploCalcular a corrente de curto-circuito do transformador do exemplo anterior.

ICC = 6

20 . 100 = 333A

A corrente de curto-circuito deste transformador é 333A.

O valor da impedância percentual também é usado no dimensionamento dedispositivos de comando e proteção do equipamento e para auxiliar a ligação emparalelo entre transformadores.

Nesse tipo de ligação, a diferença entre as impedâncias dos transformadores não deveexceder a 10%.

Para valores diferentes da tensão de curto-circuito (VCC) o transformador com tensãomenor fica com a maior carga.



Motores de CA monofásicos

Os motores de CA podem ser monofásicos ou polifásicos. Nesta unidade, estudaremosos motores monofásicos alimentados por uma única fase de CA.

Para melhor entender o funcionamento desse tipo de motor, você deverá ter bonsconhecimentos sobre os princípios de magnetismo e eletromagnetismo, induçãoeletromagnética e corrente alternada.

Motores monofásicos

Os motores monofásicos possuem apenas um conjunto de bobinas e sua alimentaçãoé feita por uma única fase de CA. Dessa forma, eles absorvem energia elétrica de umarede monofásica e transformam-na em energia mecânica.

Os motores monofásicos são empregados para cargas que necessitam de motores depequena potência como, por exemplo, motores para ventiladores, geladeiras,furadeiras portáteis.

Tipos de motores monofásicosDe acordo com o funcionamento, os motores monofásicos podem ser classificados emdois tipos: universal e de indução.

Motor universalOs motores do tipo universal podem funcionar tanto em CC como em CA; daí a origemde seu nome.



A ilustração a seguir mostra o rotor (parte que gira) e o estator (parte fixa) de um motoruniversal.

O motor universal é o único motor monofásico cujas bobinas do estator são ligadaseletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses doiscontatos, por sua vez, ligam em série o estator e o rotor.

ObservaçãoÉ possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor, invertendoapenas as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada à escova A deverá ser ligadaà escova B e vice-versa.

Os motores universais apresentam conjugado de partida elevado e tendência adisparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor da tensão de alimentaçãovaria. Sua potência não ultrapassa a 500W ou 0,75cv e permite velocidades de 1.500 a15.000rpm.



Esse tipo de motor é o motor de CA mais empregado e está presente em máquinas decostura, liqüidificadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também emmáquinas portáteis, como furadeiras, lixadeiras e serras.

FuncionamentoA construção e o princípio de funcionamento do motor universal são iguais ao do motorem série de CC.

Quando o motor universal é alimentado por corrente alternada, a variação do sentidoda corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma,o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão dosentido da rotação.

Motor de induçãoOs motores monofásicos de indução possuem um único enrolamento no estator. Esseenrolamento, gera um campo magnético que se alterna juntamente com asalternâncias da corrente. Neste caso, o movimento provocado não é rotativo.

FuncionamentoQuando o rotor estiver parado, o campo magnético do estator, ao se expandir e secontrair, induz correntes no rotor.

O campo gerado no rotor é de polaridade oposta à do estator. Assim, a oposição doscampos exerce um conjugado nas partes superior e inferior do rotor, o que tenderia agirá-lo 180 de sua posição original. Como o conjugado é igual em ambas as direções,pois as forças são exercida pelo centro do rotor e em sentidos contrários, o rotorcontinua parado.



Se o rotor estiver girando, ele continuará o giro na direção inicial, já que o conjugadoserá ajudado pela inércia do rotor e pela indução de seu campo magnético. Como orotor está girando, a defasagem entre os campos magnéticos do rotor e do estator nãoserá mais de 180°.

Tipos de motores de induçãoPara dar o giro inicial do rotor, são usados comumente dois tipos de partida: a decampo destorcido e a de fase auxiliar com capacitor.

Assim, conforme o tipo de partida, o motor monofásico de indução pode ser de doistipos: de campo destorcido (ou motor de anéis em curto) e de fase auxiliar.

O motor de campo destorcido constitui-se por um rotor do tipo gaiola de esquilo e porum estator semelhante ao do motor universal. Contudo, no motor de campo destorcido,existe na sapata polar uma ranhura onde fica alojado um anel de cobre ou espira emcurto-circuito. Por isso, este motor é conhecido também como motor de anel ou deespira em curto-circuito.



Uma vez que no motor de campo destorcido, o rotor é do tipo gaiola de esquilo, todasas ligações encontram-se no estator.

Esse tipo de motor não é reversível. Sua potência máxima é de 300W ou 0,5cv; avelocidade é constante numa faixa de 900 a 3.400rpm, de acordo com a freqüência darede e o número de pólos do motor.

Esses motores são usados, por exemplo, em ventiladores, toca-discos, secadores decabelo etc.

FuncionamentoQuando o campo magnético do estator começa a aumentar (a partir de zero) as linhasde força cortam o anel em curto. A corrente induzida no anel gera um campomagnético que tende a se opor ao campo principal.

Com o aumento gradativo do campo até 90°, a maior parte das linhas de força ficaconcentrada fora da região do anel. Quando o campo atinge o máximo, ou seja, os 90°,não há campo criado pela bobina auxiliar, formada pelo anel e ele se distribui nasuperfície da peça polar.



De 90° a 180° o campo vai se contraindo e o campo da bobina auxiliar tende a se opora essa contração, concentrando as linhas de força na região da bobina auxiliar.

De 0 a 180°, o campo se movimenta ao longo da superfície polar, definindo assim osentido de rotação.

De 180 a 360°, o campo varia do mesmo modo que de 0 a 180°, porém em direçãooposta.

O movimento do campo produz um conjugado fraco, mas suficiente para dar partida aomotor. Como o conjugado é pequeno, esse tipo de motor é usado para alimentarcargas leves.

O motor monofásico de fase auxiliar é o de mais larga aplicação. Sua construçãomecânica é igual à dos motores trifásicos de indução.

Assim, no estator há dois enrolamentos: um de fio mais grosso e com grande númerode espiras (enrolamento principal ou de trabalho) e outro de fio mais fino e com poucasespiras (enrolamento auxiliar ou de partida).



O enrolamento principal fica ligado durante todo o tempo de funcionamento do motor,mas o enrolamento auxiliar só atua durante a partida. Esse enrolamento é desligado aoser acionado um dispositivo automático localizado parte na tampa do motor e parte norotor.

Geralmente. Um capacitor é ligado em série com o enrolamento auxiliar, melhorandodesse modo o conjugado de partida do motor.

FuncionamentoO motor monofásico de fase auxiliar funciona em função da diferença entre asindutâncias dos dois enrolamentos, uma vez que o número de espiras e a bitola doscondutores do enrolamento principal são diferentes em relação ao enrolamento.

As correntes que circulam nesses enrolamentos são defasadas entre si. Devido àmaior indutância no enrolamento de trabalho (principal), a corrente que circula por elese atrasa em relação à que circula no enrolamento de partida (auxiliar), cuja indutânciaé menor.

O capacitor colocado em série com o enrolamento tem a função de acentuar aindamais esse efeito e aumentar o conjugado de partida. Isso aumenta a defasagem,aproximando-a de 90° e facilita a partida do motor.



Depois da partida, ou seja, quando o motor atinge aproximadamente 80% de sua rpm,o interruptor automático se abre e desliga o enrolamento de partida. O motor, porémcontinua funcionando normalmente.

Ligação dos motores monofásicosOs motores monofásicos de fase auxiliar podem ser construídos com dois, quatro ouseis terminais de saída.

Os motores de dois terminais funcionam em uma tensão (110 ou 220V) e em umsentido de rotação.

Os de quatro terminais são construídos para uma tensão (110 ou 220V) e dois sentidode rotação, os quais são determinados conforme a ligação efetuada entre oenrolamento principal e o auxiliar.

De modo geral, os terminais do enrolamento principal são designados pelos números 1e 2 e os do auxiliar por 3 e 4.

Para inverter o sentido de rotação, é necessário inverter o sentido da corrente noenrolamento auxiliar, isto é, trocar o 3 pelo 4.

Os motores de seis terminais são construídos para duas tensões (110 e 220V) e paradois sentido de rotação.



Para inversão do sentido de rotação, inverte-se o sentido da corrente no enrolamentoauxiliar.

O enrolamento principal é designado pelos números 1, 2, 3 e 4 e o auxiliar por 5 e 6.Para a inversão do sentido de rotação, troca-se o terminal 5 pelo 6.

As bobinas do enrolamento principal são ligadas em paralelo, quando a tensão é de110V e em série, quando a tensão é de 220V.

O motor de fase auxiliar admite reversibilidade quando se retiram os terminais doenrolamento auxiliar para fora com cabos de ligação. Admite também chave dereversão, mas neste caso, a reversão só é possível com o motor parado.

A potência deste motor varia de 1/6cv até 1cv, mas para trabalhos especiais existemmotores de maior potência.

A velocidade desse tipo de motor é constante e, de acordo com a freqüência e onúmero de pólos, pode variar de 1.425 a 3.512rpm.



Motores trifásicos de CA

A maior parte da energia elétrica produzida é distribuída em corrente alternada (CA), oque justifica o largo emprego dos motores de CA.

A construção mecânica dos motores de CA é mais simples do que a dos motores deCC. Por isso, eles são mais comumente usados na indústria.

Nesta unidade, estudaremos a estrutura, os tipos e as características dofuncionamento dos motores trifásicos de corrente alternada.

Para isso, é necessário que você tenha conhecimentos anteriores sobre magnetismo eeletromagnetismo, indução eletromagnética e corrente alternada.

Motores trifásicos de CA

Os motores de CA são menos complexos que os motores de CC. Além disso, ainexistência de contatos móveis em sua estrutura garante seu funcionamento por umgrande período sem necessidade de manutenção.

A velocidade nos motores de CA é determinada pela freqüência da fonte dealimentação, o que propicia excelentes condições para seu funcionamento avelocidades constantes.

Os motores trifásicos de CA funcionam sob o mesmo princípio dos motoresmonofásicos, ou seja, sob a ação de um campo magnético rotativo gerado no estator,provocando com isto uma força magnética no rotor. Esses dois campos magnéticosagem de modo conjugado, obrigando o rotor a girar.



Tipos de motores trifásicos de CAOs motores trifásicos de CA são de dois tipos: motores assíncronos (ou de indução) emotores síncronos.

Motores assíncronos de CAO motor assíncrono de CA é o mais empregado por ser de construção simples, forte ede baixo custo. O rotor desse tipo de motor possui uma parte auto-suficiente que nãonecessita de conexões externas.

Esse motor também é conhecido como motor de indução, porque as correntes de CAsão induzidas no circuito do rotor pelo campo magnético rotativo do estator.

No estator do motor assíncrono de CA estão alojados três enrolamentos referentes àstrês fases. Estes três enrolamentos estão montados com uma defasagem de 120.

O rotor é constituído por um cilindro de chapas em cuja periferia existem ranhurasonde o enrolamento rotórico é alojado.



FuncionamentoQuando a corrente trifásica é aplicada aos enrolamentos do estator do motorassíncrono de CA, produz-se um campo magnético rotativo (campo girante).

A ilustração a seguir mostra a ligação interna de um estator trifásico em que asbobinas (fases) estão defasadas em 120° e ligadas em triângulo.

O campo magnético gerado por uma bobina depende da corrente que no momentocircula por ela. Se a corrente for nula, não haverá formação de campo magnético; seela for máxima, o campo magnético também será máximo.

Como as correntes nos três enrolamentos estão com uma defasagem de 120°, os trêscampos magnéticos apresentam também a mesma defasagem.

Os três campos magnéticos individuais combinam-se e disso resulta um campo únicocuja posição varia com o tempo. Esse campo único, giratório é que vai agir sobre orotor e provocar seu movimento.

O esquema a seguir mostra como agem as três correntes para produzir o campomagnético rotativo num motor trifásico.



No esquema vemos que no instante 1, o valor da corrente A é nulo e, portanto, não háformação de campo magnético. Isto é representado pelo 0 (zero) colocado no pólo doestator.

As correntes B e C possuem valores iguais, porém sentidos opostos.

Como resultante, forma-se no estator, no instante 1, um campo único direcionado nosentido N S.

No instante 2, os valores das correntes se alteram. O valor de C é nulo. A e B têmvalores iguais, mas A é positivo e B é negativo.

O campo resultante se desloca em 60° em relação à sua posição anterior.

Quando um momento intermediário (d) é analisado, vemos que nesse instante ascorrentes C e A têm valores iguais e o mesmo sentido positivo. A corrente B, por suavez, tem valor máximo e sentido negativo. Como resultado, a direção do campo ficanuma posição intermediária entre as posições dos momentos 1 e 2.



Se analisarmos, em todos os instantes, a situação da corrente durante um ciclocompleto, verificamos que o campo magnético gira em torno de si. A velocidade decampo relaciona-se com a freqüência das correntes conforme já foi demonstrado.

Tipos de motores assíncronosOs motores assíncronos diferenciam-se pelo tipo de enrolamento do rotor. Assim,temos:• Motor com rotor em gaiola de esquilo;• Motor de rotor bobinado.

Motor com rotor em gaiola de esquiloO motor com rotor em gaiola de esquilo tem um rotor constituído por barras de cobreou de alumínio colocadas nas ranhuras do rotor. As extremidades são unidas por umanel também de cobre ou de alumínio.

Entre o núcleo de ferro e o enrolamento de barras não há necessidade de isolação,pois as tensões induzidas nas barras do rotor são muito baixas.

Esse tipo de motor apresenta as seguintes características:• Velocidade que varia de 3 a 5% de vazio até a plena carga,• Ausência de controle de velocidade,• Possibilidade de ter duas ou mais velocidades fixas,• Baixa ou média capacidade de arranque, dependendo do tipo de gaiola de esquilo

do rotor (simples ou dupla).

Esses motores são usados para situações que não exijam velocidade variável e quepossam partir com carga. Por isso, são usados em moinhos, ventiladores, prensas ebombas centrífugas, por exemplo.



No funcionamento do motor com rotor em gaiola de esquilo, o rotor, formado porcondutores de cobre é submetido ao campo magnético giratório, já explicadoanteriormente. Como conseqüência, nesses condutores (barras da gaiola de esquilo)circulam correntes induzidas, devido ao movimento do campo magnético.

Segundo a lei de Lenz, as correntes induzidas tendem a se opor às variações docampo original. Por esses motivo, as correntes induzidas que circulam nos condutoresformam um campo magnético de oposição ao campo girante.

Como o rotor é suspenso por mancais no centro do estator, ele girará juntamente como campo girante e tenderá a acompanhá-lo com a mesma velocidade. Contudo, issonão acontece, pois o rotor permanece em velocidade menor que a do campo girante.

Se o rotor alcançasse a velocidade do campo magnético do estator, não haveria sobreele tensão induzida, o que o levaria a parar.

Na verdade, é a diferença entre as velocidades do campo magnético do rotor e a docampo do estator que movimenta o rotor. Essa diferença recebe o nome deescorregamento e é dada percentualmente por:

S = VS

VR- VS . 100

Onde:• VS é a velocidade de sincronismo,• VR é a velocidade real do rotor.

Quando a carga do motor é aumentada, ele tende a diminuir a rotação e a aumentar oescorregamento. Consequentemente, aumenta a corrente induzida nas barras dagaiola de esquilo e o conjugado do motor.



Desse modo, o conjugado do motor é determinado pela diferença entre a velocidadedo campo girante e a do rotor.

Motor de rotor bobinadoO motor com rotor bobinado trabalha em rede de corrente alternada trifásica. Permiteum arranque vigoroso com pequena corrente de partida.

Ele é indicado quando se necessita de partida com carga e variação de velocidadecomo é o caso de compressores, transportadores, guindastes, pontes rolantes.

O motor de rotor bobinado é composto por um estator e um rotor.

O estator é semelhante ao dos motores trifásicos já estudados. Apresenta o mesmotipo de enrolamentos, ligações e distribuição que os estatores de induzido em curto.

O rotor bobinado usa enrolamentos de fios de cobre nas ranhuras, tal como o estator.

O enrolamento é colocado no rotor com uma defasagem de 120° e seus terminais sãoligados a anéis coletores nos quais, através das escovas se tem acesso aoenrolamento.



Ao enrolamento do rotor bobinado deve ser ligado um reostato (reostato de partida)que permitirá regular a corrente nele induzida. Isso torna possível a partida semgrandes picos de corrente e possibilita a variação de velocidade dentro de certoslimites.

O reostato de partida é composto de três resistores variáveis, conjugados por meio deuma ponte que liga os resistores em estrela, em qualquer posição de seu curso.

O motor trifásico de rotor bobinado é recomendado nos casos em que se necessita departidas a plena carga. Sua corrente de partida apresenta baixa intensidade: apenasuma vez e meia o valor da corrente nominal.

É também usado em trabalhos que exigem variação de velocidade, pois o enrolamentoexistente no rotor, ao fazer variar a intensidade da corrente que percorre o induzido,faz variar a velocidade do motor.

Deve-se lembrar porém, que o motor de rotor bobinado é mais caro que os outrosdevido ao elevado custo de seus enrolamentos e ao sistema de conexão das bobinasdo rotor, tais como: anéis, escovas, porta-escovas, reostato.

Em pleno regime de marcha, o motor de rotor bobinado apresenta um deslizamentomaior que os motores comuns.

É importante saber que há uma relação entre o enrolamento do estator e o do rotor.Essa relação é de 3:1, ou seja, se a tensão do estator for 220V, a do rotor em vazioserá de 220 : 3, ou 73V aproximadamente.

A mesma relação pode ser aplicada às intensidades da corrente. Se a intensidade noestator for 10A, o rotor será percorrido por uma corrente de 10 . 3 = 30A.



Consequentemente, a seção do fio do enrolamento deve ser calculada para essacorrente. Por isso, os enrolamentos dos induzidos têm fios de maior seção que os doindutor.

ObservaçãoÉ importante verificar na plaqueta do motor as correntes do estator e do rotor.

FuncionamentoO princípio de funcionamento do motor com rotor bobinado é o mesmo que o do motorcom rotor em gaiola de esquilo.

A única diferença é que a resistência do enrolamento do rotor bobinado pode seralterada, pois esse tipo de rotor é fechado em curto na parte externa, através dereostatos. Isso permite o controle sobre o valor da corrente que circula no enrolamentodo rotor e, portanto, a variação de velocidade, dentro de certos limites, mantém oconjugado constante.

Em resumo, pode-se dizer que, para a formação de um campo girante homogêneo,devem existir duas condições:• O estator deve ser dotado de três bobinas deslocadas entre si de 120°;• Nas três bobinas do estator devem circular três correntes alternadas senoidais

defasadas em 120°, ou seja, 1/3 do período.

Na figura abaixo, vemos que o campo magnético no estator gira no sentido horário,porque as três correntes alternadas se tornam ativas, seqüencialmente, nos trêsenrolamentos do estator, também no sentido horário.



Se invertermos a seqüência de fase nos enrolamentos do estator, por meio de doisterminais de ligação, o campo gira no sentido contrário, isto é, no sentido anti-horário.

É desta maneira que se inverte o sentido de rotação do campo girante e,consequentemente, a rotação dos motores trifásicos.

Para determinar a velocidade de rotação do campo girante, é necessário estabelecer arelação entre freqüência (f) e o número de pares de pólos (p) pela seguinte fórmula:

n = p60 . f (rpm)

Motor síncrono de CAO motor síncrono de CA apresenta a mesma construção de um alternador e ambostêm o rotor alimentado por CC. A diferença é que o alternador recebe energiamecânica no eixo e produz CA no estator; o motor síncrono, por outro lado, recebeenergia elétrica trifásica CA no estator e fornece energia mecânica ao eixo.

Esse tipo de motor apresenta as seguintes características:• Velocidade constante (síncrona);• Velocidade dependente da freqüência da rede;• Baixa capacidade de arranque.

Por essas características, o motor síncrono é usado quando é necessária umavelocidade constante.

FuncionamentoA energia elétrica de CA no estator cria o campo magnético rotativo, enquanto o rotor,alimentado com CC, age como um ímã.



Um ímã suspenso num campo magnético gira até ficar paralelo ao campo. Quando ocampo magnético gira, o ímã gira com ele. Se o campo rotativo for intenso, a forçasobre o rotor também o será. Ao se manter alinhado ao campo magnético rotativo, orotor pode girar uma carga acoplada ao seu eixo.

Quando parado, o motor síncrono não pode partir com aplicação direta de corrente CAtrifásica no estator, o que é uma desvantagem. De modo geral, a partida é feita como ado motor de indução (ou assíncrono). Isso porque o rotor do motor síncrono éconstituído, além do enrolamento normal, por um enrolamento em gaiola de esquilo.

Ligação dos motores trifásicosComo já foi estudado, o motor trifásico tem as bobinas distribuídas no estator e ligadasde modo a formar três circuitos simétricos distintos, chamados de fases deenrolamento.

Essas fases são interligadas formando ligações em estrela (Y) ou em triângulo (∆),para o acoplamento a uma rede trifásica. Para isso, deve-se levar em conta a tensãoem que irão operar.



Na ligação em estrela, o final das fases se fecha em si, e o início se liga à rede.

Na ligação em triângulo, o início de uma fase é fechado com o final da outra, e essajunção é ligada à rede.

Os motores trifásicos podem dispor de 3, 6, 9 ou 12 terminais para a ligação do estatorà rede elétrica. Assim, eles podem operar em uma, duas, três ou quatro tensõesrespectivamente. Todavia, é mais comum encontrar motores com 6 e 12 terminais.

Os motores trifásicos com 6 terminais só podem ser ligados em duas tensões uma a3 maior do que a outra. Por exemplo: 220/380V ou 440/760V.

Esses motores são ligados em triângulo na menor tensão e, em estrela, na maiortensão.

A figura a seguir mostra uma placa de ligação desse tipo de motor.



Os motores com 12 terminais, por sua vez, têm possibilidade de ligação em quatrotensões: 220V, 380V, 440V e 760V.

A ligação à rede elétrica é feita da seguinte maneira:• ∆∆ para 220V;• YY para 380;• ∆ para 440V;• Y para 760.

Veja a seguir a representação da placa de ligação desse tipo de motor.

Padronização da tensão e da dimensão dos motores trifásicos assíncronos esíncronosOs motores trifásicos são fabricados, com diferentes potências e velocidades, para astensões padronizadas da rede, ou seja, 220V, 380V, 440V e 760V, nas freqüências de50 e 60Hz.

No que se refere às dimensões, os fabricantes seguem as normas NEMA, IEC e daABNT.



Motor trifásico comligação Dahlander

O motor trifásico de indução tipo Dahlander é um motor cujas bobinas são conectadasde forma diferente da convencional, pois em certos momentos funciona por polarizaçãoativa e, em outros, por pólos conseqüentes.

Este é o assunto desta unidade e, para estudá-lo com mais facilidade é necessário terconhecimentos anteriores sobre motores trifásicos, ligações estrela e triângulo e tiposde enrolamentos.

Ligação Dahlander

A ligação Dahlander é um tipo de conexão que aproveita as propriedades da ligaçãode pólos conseqüentes e pólos ativos para se obter, alternadamente, duas velocidadescom um só enrolamento. Nesse caso, a velocidade maior é sempre o dobro da menor.

Esse tipo de ligação permite que, com dois grupos de bobinas, se obtenham dois ouquatro pólos; com quatro grupos de bobinas, se obtenham quatro ou oito pólos e, comseis bobinas, seis ou doze pólos, conforme figuras abaixo.

4 bobinas - 8 pólos 4 bobinas - 4 pólos



6 bobinas - 12 pólos

6 bobinas - 6 pólos

Esse tipo de ligação é de grande utilidade para aplicação em máquinas industriais, poisa ligação Dahlander permite que se consigam velocidades diferentes com um númerode engrenagens bem reduzido.

Enrolamento

O enrolamento desses motores com dupla polaridade é semelhante aos outrosenrolamentos de motores de corrente alternada assíncrona, exceto quanto à forma dasligações.

O enrolamento mais usual para ligação tipo Dahlander é o tipo cadeia concêntrico ouprogressivo, sendo também comum o tipo meio imbricado.



ObservaçãoNas ligações Dahlander recomenda-se Yf = 120 E + 120 E para uma distribuição maisharmônica de saída dos condutores e para uma partida mais vigorosa do motor, pois:

Yf = GE/R

E 120 E 120 + = E 15E 240 = 16 ou 1 a 17

Conexões internas do motor Dahlander para dois e quatro pólosPara funcionamento do motor Dahlander em quatro pólos, ligar os terminais U, V e W edeixar isolados os terminais X, Y e Z.

Assim, os dois grupos de cada fase ficam em série, formando dois pólos ativos e doisconseqüentes.

Para formar dois pólos, ligar os terminais U, V e W em estrela e aplicar corrente nosterminais X, Y e Z, formando dois pólos ativos.



Esta ligação também se chama dupla estrela, porque os grupos de bobinas são ligadosem paralelo, pela união dos bornes U, V e W.

Em resumo, para maior polaridade (menor velocidade), alimenta-se o motor em U, V eW, deixando os terminais X, Y e Z abertos. Para menor polaridade (maior velocidade),unem-se os terminais U, V e W e alimenta-se o motor em X, Y e Z.

A potência do motor, quando funciona com dois pólos, é, aproximadamente, o dobro daque tem quando funciona com quatro pólos.

ObservaçãoSegundo a norma VDE, os terminais podem ser ligados pelas letras Ua, Va e Wa,equivalente a U, V e W, e Ub, Vb e Wb, equivalendo a X, Y e Z.

Tipos de conexões DahlanderAs conexões Dahlander podem ser:• Triângulo - dupla-estrela;• Estrela - dupla-estrela.



O esquema a seguir mostra um exemplo de um motor trifásico, 36R, 8/4 pólos eligações ∆-YY/Y-YY onde é possível obter tensões diferentes com esses tipos deconexões em um mesmo bobinado.

Conexão Dahlander

∆/YY

Conexão Dahlander

Y/YY

8 pólos

∆

Fa + Pa R

Fa + Pb S

Fb = Pc T

Ma, Mb, Mc

abertos

8 pólos

Y

Fa + Fb + Fc

Pa R Ma

Pb S Mb

Pc T Mc

abertos

4 pólos

YY

Fa + Pa

Fa + Pb

Fb + Pc

Mc R

Mb S

Ma T

4 pólos

YY

Fa + Fb + Fc

Pa + Pb + Pc

Ma T

Mb S

Mc R



Motor trifásico de rotorbobinado

É um motor destinado a trabalhar em rede de corrente alternada trifásica.

Esse motor permite um arranque vigoroso com uma pequena corrente de partida. Poressa razão, é o motor preferido para potências elevadas, geralmente superiores a 5cv.

O motor de rotor bobinado é constituído de um estator e um rotor.

O estado é semelhante aos dos motores trifásicos já estudados. Apresenta os mesmostipos de enrolamentos, ligações e distribuição que os estatores de induzido em curto.

No rotor, encontra-se um enrolamento com várias bobinas isoladas, ligadas de modo aformar dois ou três circuitos. Esses circuitos são unidos, de um lado, a um pontocomum; e de outro, a três anéis coletores.

Sobre estes anéis se apoiam escovas coletoras e, através dos anéis, é estabelecido ocontato elétrico entre o enrolamento do rotor e o reostato externo, chamado reostatode partida.



O reostato de partida é composto de três resistores variáveis, conjugados por meio deuma ponte. Essa ponte liga os reostatos em estrela, em qualquer posição de seucurso.

Veja, na figura, uma ligação típica de um motor trifásico de rotor bobinado e reostatode partida conjugado em estrela.

O motor trifásico de rotor bobinado é recomendado nos casos em que necessita departidas a plena carga, pois não ocasiona intensidade excessiva de corrente na rede.

É também utilizado para realizar trabalhos que exigem variações de velocidade, pois oenrolamento existente no rotor desses motores, ao fazer variar a intensidade dacorrente que percorre o induzido, faz variar a velocidade do motor.

Não é possível conseguir essa variação nos motores de rotor em gaiola de esquiloporque sua construção não permite ligação de resistores adicionais externos nos seuscircuitos.

O motor de rotor bobinado, além de proporcionar arranque satisfatório, tem umacorrente de partida de baixa intensidade: é cerca de uma vez e meia o valor dacorrente nominal.

É bom lembrar que, nos motores de rotor em curto, essa corrente atinge até oito vezesa corrente em plena carga.

Porém, os motores de rotor bobinado são menos econômicos que os outros, devido aoelevado custo de seus enrolamentos e ao sistema de conexão das bobinas do rotor,tais como: Anéis, escovas, porta-escovas, reostato, etc.



Em pleno regime de marcha, o motor de rotor bobinado apresenta um deslizamentomaior que os motores comuns.

É empregado com eficiência como motor de guindastes, de elevadores-calandras e emtodas as condições em que for necessário dar partida sob grandes cargas.

Quando se necessita de motores para funcionar com variações permanentes develocidade com regulagem mais delicada, usa-se outro tipo de motor trifásico de rotorbobinado. Este motor é reconhecido pelo coletor laminado, semelhante ao dasmáquinas de corrente contínua.

A regulagem da velocidade e a invasão de marcha são feitas pelo deslocamento de umconjunto de escovas que faz variar a tensão induzida nos enrolamentos do rotor.

A descrição feita aqui é de um tipo desses motores. Outros processos, porém, tambémsão usados para se conseguir os mesmos resultados.

Esses tipos de motores encontram grande aplicação nas fábricas de papel e detecidos.

Nos rotores bobinados de coletor de anéis, são usados os mesmos tipos deenrolamentos dos estatores trifásicos. Neste caso, predomina o enrolamento do tipoimbricado nas máquinas maiores.

Nos motores menores, ainda são usados os enrolamentos do tipo meio imbricado eprincipalmente o tipo cadeia com bobinas concêntricas. Observe nas figuras abaixocada um desses tipos.



Esses enrolamentos não são obrigatoriamente trifásico; porém, tem necessariamente omesmo número de pólos que o estator. Um motor trifásico, cujo estator tem umenrolamento para 4 pólos, pode ter rotor trifásico ou bifásico, mas, em qualquer doscasos, seu enrolamento estará distribuído para quatro pólos.

Veja, a seguir, os cálculos básicos para fazer o levantamento de esquema de rotortrifásico de motor de anéis, 4 pólos, enrolamento imbricado: Nb = Nr = 24 bobinas

Yp = 24Nr =

424 = 6 dentes ou 1 a 7

Ybi = Yp = 6 dentes ou 1 a 7

Grupo = f.p

Nb = 3.4

24 = 1224 = 2 bobinas por pólo e fase

GET = 180°E.P = 180°E.4 = 720°E

GE/r = Nr

GET = 24

E720° = 30°E

Yf = r/GEE120° =

E30E120

°° = 4 dentes ou 1 a 5

Bobinas levantadas = Yb-1 = 6-1 = 5

Esquema planificado:



Nas figuras a seguir, é mostrado o esquema de um rotor de motor trifásico de quatropólos, cujo enrolamento é bifásico de dois circuitos.

Note que uma extremidade de cada circuito ou fase de rotor está ligada a um anelcoletor e a união das duas outras extremidades, ao anel central. O reostato também éde dois circuitos.

É importante saber que há uma relação entre o enrolamento do estator e o do rotor.Essa relação é de 3:1. Isto quer dizer que, se a tensão do estator for 220V, a do rotorem vazio será 220 ÷ 3, ou 73V aproximadamente.



A mesma relação pode ser aplicada às intensidades da corrente.

Se a intensidade no estator for 10 A, o rotor será percorrido por uma corrente de10 . 3 = 30 A. Consequentemente, a seção do fio deve ser calculada par essa corrente.Por essa razão, os enrolamentos dos induzidos tem fios de maior seção que os doindutor.

ObservaçãoAs orientações sobre os estatores de motores trifásicos também são válidas para ofechamento das bobinas dos rotores.



Motores de aplicaçõesespeciais

Nesta unidade, estudaremos dois motores que apresentam características especiais: omotor sem escovas e o motor de passo.

O desenvolvimento da tecnologia moderna no campo dos semicondutores e das ligasmagnéticas especiais levou ao aparecimento de motores não-convencionais, ou seja,com acionamento elétrico sem escovas (em inglês �brushless�).

Esse motor, com controle de corrente e velocidade é usado principalmente em servo-acionamentos e atende a uma ampla faixa de potências.

O motor de passo, por sua vez, é um motor usado em equipamentos onde énecessário um posicionamento de parte da máquina. Esse é o caso de impressoras,registradores gráficos em geral, sistemas de controle em servomecanismos.

Nesta unidade, serão estudadas as características e o funcionamento desses doistipos de motor.

Motor sem escovas

O motor de corrente contínua sem escovas, além da ausência de escovas, apresentacomo características diferenciadoras do motor com escovas, a localização doenrolamento no estator e os ímãs permanentes engastados no rotor. Apresentatambém um transdutor de posição angular acoplado ao rotor.



A ilustração a seguir mostra um corte transversal de um motor sem escovas e acomparação dos princípios de construção de motores com e sem escovas.

Além dessas características, um motor sem escovas será sempre composto por:• Distribuidor de energização dos enrolamentos (comutador);• Conversor de pulsos eletrônicos.

O diagrama a seguir representa a construção mecânica do acionamento sem escovas.Nele, foram omitidas as malhas de realimentação em corrente e velocidade.

FuncionamentoNo motor com escovas, a comutação e distribuição das correntes aos enrolamentos érealizada pelo comutador.

No motor sem escovas, essa tarefa é realizada pelo estágio de controle e pelocomutador de potência (conversor) eletrônico.



Os motores sem escovas, quando acionados com controle de malha de corrente e develocidade, combinados com as caixas de transmissão de folga reduzida, permitem aobtenção de servoacionamentos de alta precisão.

VantagensO motor sem escovas apresenta uma série de vantagens, a saber:• Peso e volume reduzidos;• Inexistência de coletor mecânico;• Maior vida útil;• Melhores propriedades dinâmicas;• Menor inércia do motor;• Torques elevados.

Peso e volume reduzidosA construção do motor sem escovas permite uma redução em seu peso e volume entre35 e 65% se comparado com motor com escovas de mesma potência.

Isso traz melhor dissipação de calor, pois o motor sem escovas, com seu rotor �frio�,gera calor na região em que este é melhor dissipado, ou seja, no estator. Esse fatopermite que o motor opere em regime muito elevado.

Inexistência de coletor mecânicoO motor sem escovas não apresenta curva de limitação de potência que é produto darotação pela corrente de coletor.

Acima dessa curva-limite ocorre a queima das escovas e isso destrói o coletor.



Como esse tipo de motor não possui coletor mecânico, altos conjugados ao longo detodo o espectro de rotações podem ser alcançados com ele.

Maior vida útilEsse tipo de motor não possui escovas que se desgastam e necessitam ser trocadas.

Melhores propriedades dinâmicasNos motores sem escovas, onde a comutação de corrente é realizada eletronicamente,existe ainda a possibilidade de se optar pelo emprego de uma tensão eletromotriz deformato quase senoidal.

A forma de onda senoidal tem a vantagem de permitir que sejam satisfeitas as maisaltas exigências com relação à baixa rotação, homogeneidade de movimento eexatidão de posicionamento.

Menor inércia do motorO motor sem escovas possui ímãs permanentes ao invés de enrolamento de rotor. Porisso, existe um reduzido momento de inércia e disso depende a escolha da melhorvelocidade de rotação de um motor a ser usado em um determinado acionamento.

Um momento de inércia pequeno significa menor tempo de resposta do sistema e,portanto, melhor dinâmica.

Torques elevadosCom a finalidade de atingir um torque tão alto quanto possível nos motores com ousem escovas, efetua-se a comutação dos enrolamentos de tal forma que o campomagnético do estator mantenha com o campo magnético do rotor um ângulo tãopróximo de 90º quanto possível.



Essa característica limita a rotação máxima através da fcem nos enrolamentos.

Nos motores com excitação separada, pode-se reduzir essa limitação da rotaçãoatravés do enfraquecimento do campo de excitação.

O motor sem escovas com ímã permanente permite que se efetue uma variação dasconstantes de motor mediante uma defasagem no tempo da energização das correntesnos enrolamentos em relação à posição do rotor.

Motor de passo

O motor de passo permite que seu eixo sofra deslocamentos precisos sem que sejanecessária uma realimentação externa feita por algum dispositivo a ele acoplado. Issocaracteriza um sistema aberto.

Essa característica de funcionamento em malha aberta é uma das mais importantespois permite a rotação e a parada em pontos pré-determinados.

Se, por exemplo, é necessário que o eixo gire meia volta 180°, basta forneceradequados e ele fornece deslocamento com precisão.

Na figura a seguir, é ilustrado um motor de passo de pequenas dimensões queapresenta como característica um passo de 7,5. Isso significa que, para que seu eixodê uma volta completa, são necessários 48 passos (ou deslocamentos).



FuncionamentoNormalmente, os motores de passo possuem enrolamentos que, na sua forma maissimples, constituem-se de quatro bobinas dispostas no estator em ângulos de 90, umaem relação a outra.

O rotor é uma pequena peça de material ferromagnético que se constitui num ímã.

Ao se energizar a bobina 1 do estator, o rotor é submetido à força do campo magnéticoe se posiciona na condição de menor relutância, ou seja, alinhada com o eixo dabobina.

Se, na seqüência, a bobina 1 é desligada e a bobina 2 energizada, o rotor gira 90º e seposiciona em linha com a segunda bobina. O mesmo acontece com as bobinas 3 e 4até se completar uma volta de 360º.

ObservaçãoA descrição acima refere-se a um motor de passo de 4 passos por revolução e 90º porpasso. Verifica-se assim que um dos fatores determinantes do número de passos porvolta corresponde ao número de bobinas no estator.

Se existirem n bobinas, o rotor completará uma volta em n passos. Se, ao invés de umelemento ferromagnético, o rotor for constituído de n� elementos (rotor dentado), onúmero de passos será n . n�.



Outro fator que determina o número de passos é a seqüência de comutação dasbobinas. No exemplo mostrado, foi excitada uma bobina de cada vez. Se, ao invésdisso, forem excitadas duas bobinas contíguas de cada vez, o rotor tomará posiçõesintermediárias. Isso dá origem a um conjunto de novas posições intermediárias, isso dáorigem a um conjunto de novas posições ou passos.

Veja na ilustração a seguir, como é possível obter o dobro dos passos, excitando-se asbobinas da seguinte maneira:

Essa seqüência faria o motor girar no sentido horário, completando uma volta e 8passos.

As bobinas do estator são também denominadas fases. Muitas vezes, cada fase ésubdividida num conjunto de bobinas ao longo do estator. Dessa forma, mesmo queexistam muitas bobinas no estator, eles normalmente constituem 8 fases.

Tipos de rotorOs rotores do motor de passo são divididos em dois tipos:• Ímã permanente;• Relutância variável.



O rotor de ímã permanente permite obter maior força de atração entre o estator e orotor. Todavia, é tecnologicamente mais difícil obter um grande número de elementosdo rotor previamente magnetizados e cuja magnetização seja estável. Por causa disso,o número de passos é geralmente menor nesse tipo de motor.

O rotor do tipo relutância variável, embora normalmente apresente menor torque,possui, em contrapartida, características mais estáveis. O rotor de relutância variável éapenas uma peça de material ferromagnético não imantado.

Circuitos de acionamentoOs circuitos de comando para motor de passo são circuitos de chaveamentoseqüencial geralmente seguidos de amplificadores cuja potência é determinada pelasdimensões do motor.

Experimentalmente, pode-se realizar a rotação do motor por meio de chavescomutando as bobinas.



Parâmetros mecânicos demáquinas elétricas

Para usar uma máquina elétrica, é necessário conhecer, além de suas propriedadeselétricas, seus parâmetros mecânicos, tais como a rpm, o torque e a potênciamecânica.

Este será o assunto da presente unidade.

RPM

A rpm �n� de uma máquina é igual ao número de revoluções do rotor em umdeterminado tempo e que se mede em revoluções por minuto.

Instrumentos de medição de rpmEm aplicações técnicas, empregam-se diversos dispositivos para medir a rotação. Omais simples é o tacômetro manual.

Com ele, é possível medir diretamente a rotação aplicando o instrumento ao eixo damáquina. A rotação é transmitida mediante uma embreagem de borracha.

Outro instrumento para a medição da rpm é o gerador taquimétrico (ou tacométrico)que se aplica diretamente à máquina cuja rotação se quer medir.



Dependendo do tipo de gerador usado, este pode:• Gerar uma tensão contínua cujo valor depende da rotação, ou• Gerar uma tensão alternada cuja freqüência depende da rotação e, embora nesse

caso meça-se a freqüência, o resultado que aparece no mostrador é a rpm.

Para obter tensão alternada dependente da rotação, podem ser usadas barreirasóticas (células fotoelétricas) em lugar do gerador taquimétrico. Essas células sãousadas em combinação com discos perfurador ou geradores Hall juntamente comímãs.

Cálculo da rpmPara realizar o cálculo da rpm, é necessário conhecer a freqüência da rede e aquantidade de pólos do motor. A fórmula para esse cálculo é:

n = p60 . f

Onde:• n é a rpm,• f é a freqüência ,• p são os pares de pólos.

ExemploCalcular as rpm de um motor de 2 pólos, ligado a uma rede de 60Hz.

n = 160 . 60 = 3660rpm

Cálculo de rotação do campo giranteSe, em um estator, forem colocadas 6 bobinas defasadas de 60º uma da outra, ao ligá-las à rede trifásica, obtém-se um campo giratório de 4 pólos.



Quando se trata de um motor de 2 pólos, o campo giratório precisa do tempo de umperíodo para dar um volta completa, ou seja 360º.

O motor de 4 pólos precisa de um tempo que eqüivale ao dobro do de 2 pólos, ou seja,dois períodos de 360º.

Isto significa que a rotação do campo girante depende da freqüência da corrente e donúmero de pares de pólos do campo.

A fórmula para esse cálculo é a mesma da rpm, ou seja:

n = p60 . f

ExemploCalcular a rotação do campo girante de um motor de quatro pólos ligado a uma redede 60Hz.

n = 2

60 . 60 = 2

3600 = 1800

Cálculo de deslizamento ou escorregamento (s)Sobre o rotor de um motor trifásico assíncrono aparece um torque que atua no sentidodo campo giratório. O rotor gira com uma velocidade menor que o campo giratório.

Assim, velocidade de deslizamento (ns) é a velocidade relativa entre o rotor n e ocampo girante nf, ou seja, ns = nf - n



Deslizamento (s) (ou escorregamento) é o quociente entre a velocidade dedeslizamento e a velocidade do campo giratório:

s = nfn - nf

O deslizamento pode ser indicado em percentual da velocidade do campo giratório:

s = nf

n - nf . 100%

ExemploCalcular o deslizamento percentual de um motor assíncrono trifásico de 4 pólos querecebe uma freqüência de excitação de 60Hz, cujo rotor gira a uma velocidade de1440rpm.

nf = p

60 . f = 2

60 . 60 = 2

3600 = 1800rpm

ns = nf � n = 1800 � 1400 = 360

s = nfn - nf =

18001440 - 1800 =

1800360 = 0,2

s% = nf

n - nf . 100 = 20%

ObservaçãoQuando o rotor está em repouso, podemos considerar o motor assíncrono trifásicocomo um transformador trifásico.

O valor da tensão no enrolamento do rotor em repouso, ou seja, a tensão com rotortravado só depende do quociente entre os números de espiras do rotor e do estator.Quando o rotor gira, sua tensão vai reduzindo proporcionalmente ao deslizamento.

Para a velocidade sincronismo, ou seja, quando as duas velocidades são iguais, até atensão induzida será nula.

Com o rotor travado, a freqüência da tensão no rotor é igual à freqüência da tensão doestator. Quando o rotor gira, a freqüência de sua tensão também decresce



proporcionalmente ao deslizamento até fazer-se nula para a velocidade desincronismo.

Torque ou momento

Torque (M) (ou momento) é a força (F) atuando sobre um corpo e causando seumovimento através de uma distância (s).

Mesmo que esse corpo não gire, o torque existe como produto daquela força peladistância radial em relação ao centro do eixo da rotação, ou seja, torque é o produto daforça pelo comprimento do braço da alavanca. Matematicamente, isso significa:M = F . s

Onde:• M é o torque ou momento em Newtons por metro;• F é a força em Newtons;• s é o comprimento em metros.

Quando os torques de giro à direita e à esquerda são iguais, a alavanca se encontraem equilíbrio ou repouso. Se os torques são diferentes, a alavanca gira no sentido dotorque maior.

Torques de giro à esquerda = torques de giro à direita(torques) M = F . s

Já sabemos que um campo magnético de fluxo Φ origina-se no estator das máquinaselétricas rotativas.

Sabemos também que o rotor se compõe de um tambor de ferro doce magnético comranhuras nas quais são colocados os condutores. Esses condutores dentro de um



campo magnético e percorridos por uma corrente elétrica estão submetidos a umaforça. O valor dessa força é:

F = Φ . I . 1

Onde• F é a força em Newtons;• Φ é a indução magnética em teslas;• I é a corrente em ampères;• 1 é o comprimento do condutor em metros.

Essa força é aplicada ao condutor a uma distância (s) do eixo do rotor.

Quando esse torque for igual ou suficiente para que o rotor (que possui um movimentoresistente) gire, obtém-se uma rotação constante.

Obtenção do torqueNas máquinas elétricas, o torque se mede com a ajuda de freios, como por exemplo, ofreio de corrente de Focault.

No motor elétrico o torque (M) e as rotações (n) estão relacionados, pois a rotaçãodiminui quando se aumenta o torque.

Na partida, a rotação é zero e o torque, que atua sobre o eixo nesse instante, échamado de torque de arranque.



Para se obter o torque, faz-se o seguinte:1. Dá-se partida no motor sem carga;2. Coloca-se carga partindo do zero. À medida que a carga aumenta, anota-se o

torque e a rotação:

Exemplo

Torque 0 0,25 0,5 0,75 1 1,1... 0,85 0,9

Rotação 1500 1470 1430 1375 1200 1000... 100 0

3. Monta-se o gráfico;

ObservaçãoPara qualquer motor CA de indução tipo gaiola, o torque de partida é apenas função datensão aplicada ao enrolamento do estator. Quando se reduz à metade a tensãonominal aplicada por fase durante a partida, o torque de partida produzido é 1/4 do queseria produzido a plena tensão.

PotênciaA potência está relacionada com a rotação e o torque desenvolvidos pela máquina.

O eixo de uma máquina que gira com uma rotação n transmite um torque.



Com estes dois parâmetros, calcula-se a potência mecânica da máquina a partir daseguinte fórmula:

P = 100 . 602 . n . M

Onde:• P é a potência;• 2 é a constante;• n são as rotações em rpm;• M é o torque em Nm.

Ou: P = 3

3-10 . M . n



Máquinas de correntecontínua

As máquinas de corrente contínua resultaram do desenvolvimento tecnológico e dasexigências cada vez maiores dos processos automáticos de produção. Essasmáquinas, por sua grande versatilidade são largamente usadas na indústria moderna.

Nesta unidade, vamos estudas os tipos e princípios de funcionamento das máquinasde CC empregadas na indústria.

Para melhor assimilar esse conteúdo, é necessário ter conhecimentos anteriores sobremagnetismo, eletromagnetismo e indutores.

Geradores e motores

A máquina é um motor quando transforma energia elétrica em energia mecânica.Quando transforma energia mecânica em energia elétrica, ela é um gerador.

Do ponto de vista da construção, motores e geradores de CC são iguais. Assim, ummotor de CC pode funcionar como gerador de CC e vice-versa.



Construção

As máquinas de CC são compostas basicamente por duas partes: o estator e o rotor.

O estator (ou carcaça) é a parte fixa da máquina. Nele se alojam as bobinas de campocuja finalidade é conduzir o fluxo magnético.

O estator é formado por:• Pólos de excitação (ou sapatas polares) - constituídas por condutores enrolados

sobre o núcleo de chapas de aço laminadas;• Pólos de comutação - têm a função de evitar o deslocamento da linha neutra em

carga e reduzir a possibilidade de centelhamento. Localizam-se na região interpolare por eles passa a corrente da armadura (rotor);

• Conjunto porta-escova - aloja as escovas feitas de material condutor e que têm afunção de realizar a ligação elétrica entre a armadura e o exterior.

O rotor é a parte móvel que abriga as bobinas ligadas ao comutador.



É formado pelas seguintes partes:• Induzido (ou armadura) - fica dentro do estator. O mais usado é o do tipo tambor. É

constituída por chapas de aço laminadas em cujas ranhuras se acomoda oenrolamento;

• Comutador - constituído por lâminas de cobre isoladas uma das outras por lâminasde mica; sua função é transferir a energia do enrolamento da armadura para oexterior;

• Eixo - é o elemento que transmite a potência mecânica desenvolvida pela máquina.

Gerador de CCO funcionamento do gerador de CC baseia-se no princípio da indução eletromagnética,ou seja, quando um condutor elétrico é submetido a um campo magnético, surge nocondutor uma tensão reduzida.

Além disso, a magnitude dessa tensão induzida é diretamente proporcional àintensidade do fluxo magnético e à razão de sua variação.

O gerador de CC funciona segundo esses dois princípios. Assim, ao ser girado comvelocidade (n), o induzido (rotor) faz os condutores cortarem as linhas de forçamagnética que formam o campo de excitação do gerador CC.

Nos condutores da armadura aparece, então, uma força eletromotriz induzida. Essaforça depende da velocidade de rotação (n) e do número de linhas magnéticas que taiscondutores irão cortar, ou do fluxo magnético (Φ) por pólo do gerador.

Representando a tensão induzida por EΦ (quando o gerador está em vazio), conclui-se:

EΦ = k . n . Φ



Onde:• k é uma constante que depende das características construtivas da máquina,• n é a velocidade de rotação,• Φ é o fluxo magnético.

Classificação dos geradores de CCOs geradores de CC são classificados de acordo com o tipo de ligação (excitação)para a alimentação de suas bobinas de campo. Assim, temos:• Geradores de CC com excitação independente - quando a corrente de alimentação

vem de uma fonte externa;• Geradores com auto-excitação - quando a corrente de excitação vem do próprio

gerador.

No gerador de CC com excitação independente, as bobinas de campo são construídascom várias expiras de fio relativamente fino. Essas espiras são alimentadas (excitadas)por uma fonte externa, como mostra a representação esquemática a seguir.

Quando esse gerador começa a funcionar, mesmo sem excitação, aparece uma forçaeletromotriz (fem) de pequeno valor devido ao magnetismo remanente.

Durante a excitação gradativa do gerador, ocorre também um aumento gradativo dofluxo magnético. Consequentemente, a tensão gerada eleva-se de modo gradual. Issoocorre até que haja a saturação magnética. Quando isso acontece, o acréscimo dacorrente excitadora não aumenta mais o fluxo magnético.



Quando o gerador é posto em carga, a tensão por ele fornecida diminui. Isto se deve atrês fatores:• Resistência do enrolamento do induzido;• Resistência de contato nas escovas;• Diminuição do fluxo indutor pela reação do induzido.

Nesses tipos de geradores, para que a tensão se mantenha constante, para cadaaumento de carga deve haver, manual ou automaticamente, um aumento da excitação.Um exemplo desse tipo de gerador de CC é o dínamo do automóvel.

No gerador de CC auto-excitado, as bobinas de campo são ligadas ao induzido. Assim,o próprio gerador se auto-alimenta.

Tipos de geradoresConforme o tipo de ligação entre as bobinas de campo e o induzido, os geradores sãoclassificados como:• Gerador de CC em série;• Gerador de CC em paralelo;• Gerador de CC misto.

No gerador de CC em série, as bobinas de campo são constituídas por poucas espirasde fio relativamente grosso, ou seja, com bitola suficiente para suportar a corrente dearmadura. As espiras são ligadas e, série com o induzido como mostra a figura aseguir.

É preciso notar que neste gerador a corrente de carga é a própria corrente deexcitação. No trabalho em vazio a fem é gerada apenas pelo magnetismo residual dassapatas polares.



Ao acrescentar carga ao gerador, uma corrente circula pela carga e pela bobina deexcitação, fazendo com que aumente o fluxo indutor e, por conseguinte, a tensãogerada.

Ao elevar-se a tensão, a corrente aumenta e, consequentemente, aumenta também ofluxo indutor. Isso se repete até que se verifique a saturação magnética, quando atensão se estabiliza.

Observações:• Antes da saturação magnética, a tensão pode alcançar valores perigosos.• Para evitar que a tensão se eleve, quando se acrescenta uma carga ao circuito,

coloca-se um reostato em paralelo com a excitação.

No gerador de CC em paralelo, as bobinas de campo são ligadas em paralelo com oinduzido. Elas são formadas por várias espiras de fio relativamente fino, cuja bitolavaria de acordo com a potência do motor. Essa bitola deve ser suficiente para suportara corrente do campo paralelo.

A corrente de excitação provem de uma pequena parcela da corrente do gerador epode ser controlada por um reostato ligado em série com o campo magnético.



Assim que o gerador entra em funcionamento, a tensão geradora em vazio é devida aomagnetismo remanente. Essa tensão faz circular uma corrente pela bobina deexcitação, o que, por sua vez, reforça o fluxo magnético e eleva a tensão gerada até oponto de saturação do fluxo. É neste momento que a tensão se estabiliza.

A corrente do gerador deve alimentar tanto a carga como a bobina de campo, poisambas estão em paralelo. Assim, a tensão gerada diminui com o aumento de carga.A cada aumento de carga há uma diminuição na excitação e, consequentemente, umaqueda na tensão. Se ocorrer um curto, ocorre também uma elevação instantânea dacorrente. Em seguida, o gerador deixa de gerar energia, pois a tensão nos terminaisserá nula, não havendo, portanto, excitação.

No gerador de CC misto, a excitação é efetuada por dois enrolamentos. Um deles éconstituído por poucas espiras de fio grosso ligadas em série com o induzido. O outroé formado por várias espiras de fio fino ligadas em paralelo como o induzido.

Neste gerador, a tensão mantém-se constante, tanto em carga como em vazio, já queele reúne as características dos geradores em série e em paralelo.

A tensão gerada é controlada através de reostato em série com a bobina de campo emparalelo e de reostato em paralelo com a bobina de campo em série.

ObservaçãoA relação entre as tensões em vazio e em carga de qualquer tipo de gerador édenominada de tensão de regulação e é dada em porcentagem pela seguinte fórmula:

EtEt -Eo



Motor de corrente contínua - funcionamento

O funcionamento do motor de corrente continua baseia-se no principio da reação deum condutor, colocado num campo magnético fixo, ao ser percorrido por uma correnteelétrica.

A interação entre o campo magnético fixo e o campo magnético produzido pelacorrente que circula no condutor provoca o aparecimento de uma força. É essa forçaque impele o condutor para fora do campo magnético fixo. As figuras a seguir ilustramesse princípio.

De acordo com a figura, de um lado do condutor há uma diminuição das linhasmagnéticas. Do lado oposto há um acúmulo dessas linhas. Estas provocam oaparecimento da força magnética, que é a responsável pelo movimento do condutor.

O motor de corrente contínua funciona sob o mesmo princípio. Nele existe um campomagnético fixo formado pela bobinas de campo. Há também condutores instaladosnesse campo (no rotor), os quais são percorridos por correntes elétricas.

A figura a seguir mostra como aparece o movimento girante em motores de CC.



Podemos observar que a corrente que circula pela espira, faz isso nos dois sentidos:por um lado, a corrente está entrando e, por outro, saindo. Isso provoca a formação deduas contrárias de igual valor (binário), das quais resulta um movimento de rotação(conjugado), uma vez que a espira está presa à armadura e suspensa por mancal.

Essas forças não são constantes em todo giro. À medida que o condutor vai seafastando do centro do pólo magnético, a intensidade das forças vai diminuindo.

Nos motores, para que haja força constante, as espiras colocadas nas ranhuras daarmadura devem estar defasadas entre si e interligadas ao circuito externo através docoletor e escova.

Quando o rotor do motor de CC começa a girar, condutores de cobre cortam as linhasmagnéticas do campo. Em conseqüência, uma força eletromotriz induzida força acirculação de corrente no circuito da armadura, no sentido contrário à corrente dealimentação do motor.

A força eletromotriz induzida, por ser de sentido contrário à tensão aplicada, recebe onome de força contra-eletromotriz (fcem).

O valor da força contra-eletromotriz induzida (EO) é dado por:EO = n . Φ . k

Onde n é a rotação; Φ é o fluxo magnético; k é a constante da máquina.

A corrente total que circulará pela armadura (Ia) será dada por:

Ia = Ra

EO - E



Onde:• E é a tensão aplicada,• EO é a força contra-eletromotriz,• Ra é a resistência.

Tipos de motores

Como acontece com os geradores, os motores também são classificados segundo otipo de ligação de seus campos, ou seja: motor de CC em série, motor de CC emparalelo, motor de CC misto.

No motor de CC em série, as bobinas são constituídas por espiras de fio relativamentegrosso ligadas em série com o rotor (induzido).

Por causa da ação magnética, neste motor, o conjugado é diretamente proporcional aofluxo indutor e à corrente que circula pelo induzido.

Estes motores possuem arranque vigoroso. A partida e a regulagem de velocidadepodem ser feitas por meio do reostato intercalado no circuito.

No arranque, o valor da corrente e, por conseqüência, o fluxo magnético são elevados.Isso fornece um alto conjugado ao motor.

Esse tipo de motor é indicado para casos em que é necessário partir com toda a carga.Por isso, eles são usados em guindastes, elevadores, e locomotivas, por exemplo.

Como tendem a disparar (aumentar a rotação), não é recomendável que essesmotores funcionem a vazio, ou seja, sem carga.



No motor de CC em paralelo, as bobinas de campo são constituídas por muitas espirasde fio relativamente fino e ligadas em paralelo com o induzido.

O reostato da armadura (Ra), ligado em série com o induzido, limita a corrente nomomento da partida. E o reostato de campo (Rc), ligado em série com as bobinas docampo magnético, regula a velocidade dentro de determinado limite. Na partida, ocursor do reostato Rc deve estar no ponto médio para possibilitar o ajuste develocidade. A resistência do reostato Ra, por sua vez, deve estar intercalada nocircuito.

Pela ação eletromagnética, o conjugado é proporcional ao fluxo e à corrente. Nomomento da partida, a corrente no induzido deve ser limitada pelo reostato, o quediminui o conjugado. Por isso, recomenda-se que esse tipo de motor inicie seufuncionamento em vazio, ou seja, sem carga.

O motor de CC em paralelo é empregado, por exemplo, em máquinas-ferramentas.

No motor de CC misto, as bobinas de campo são constituídas por dois enrolamentosmontados na mesma sapata polar. Um desses enrolamentos é de fio relativamentegrosso e se liga em série com o induzido. O outro, de fio relativamente fino, se liga emparalelo com o induzido.



Este tipo de motor apresenta características comuns ao motor em série e ao motor emparalelo.

Assim, seu arranque é vigoroso e sua velocidade estável em qualquer variação decarga. Pode também partir com carga.

Na partida, a resistência do reostato do campo paralelo (RC) deve estar totalmenteintercalada no circuito. Isso permite que o motor se comporte como motor em sériesem o perigo de disparar, mesmo quando a carga é pequena ou nula.

Por sua vez, o reostato da armadura (Ra), ligado em série com o induzido, limita acorrente no momento da partida. Após a partida, o cursor RC é deslocado para ajusteda velocidade.

Esses motores são empregados em prensas, estamparia, etc.

Comutação

Nos motores e geradores de corrente contínua, a ligação da armadura com o circuitoexterno é feita por meio de escovas que se apoiam sobre as lâminas do coletor.

Quando se alimenta o motor ou se retira a corrente gerada pelo gerador, as escovasfecham durante a rotação, no mínimo, duas lâminas do coletor em curto. Isso provocaum faiscamento.

Esse faiscamento acontece porque, no momento em que a escova está comutando deuma lâmina para outra, a corrente que circula na bobina tem seu sentido invertido.



As figuras a seguir ilustram esta situação.

Para que o motor ou o gerador não sejam danificados, devido ao faiscamento, o curtodeverá ocorrer quando a bobina estiver passando pela zona neutra do campomagnético, já que aí não há tensão induzida.

Por causa da reação do induzido, o ponto de comutação no motor e no gerador émóvel e varia de acordo com a carga.



Reação do induzido

Nas máquinas de CC, quando não circula corrente no induzido, o campo magnéticoproduzido pelas bobinas do estator é constituído por linhas retas, e a densidade dofluxo é praticamente uniforme.

Quando uma corrente é aplicada ao induzido com uma fonte externa qualquer e seinterrompe a corrente das bobinas do estator, o campo magnético produzido noinduzido será constituído por linhas concêntricas.



Quando a máquina estiver em funcionamento e com carga, ou seja, quando a máquinaestiver com corrente circulando nas bobinas do estator e nos condutores do induzido,seus campos magnéticos interagem formando um novo campo magnético com aslinhas destorcidas e sem uniformidade.

Nas extremidades polares A e D, as linhas do campo magnético, criado pela correnteque circula no induzido, têm sentido oposto ao campo produzido pela corrente que fluido estator.

O inverso acontece nas extremidades B e C, onde as linhas do campo magnético,criado pelo induzido, têm o mesmo sentido das linhas produzidas pelo estator.

Isto pode ser observado quando analisamos as figuras a seguir, as quais indicam ossentidos dos campos magnéticos do estator do rotor.



Em conseqüência, ocorre uma redução das linhas nos campos magnéticos dasextremidades A e D e uma intensificação nas extremidades B e C. Todavia, aintensificação em B e C não compensa a redução que se verifica em A e D. Isto sedeve à saturação magnética que provoca a redução do fluxo magnético total.

Assim, para evitar o faiscamento, a reação da armadura ou induzido provoca aredução do fluxo total, o deslocamento da linha neutra e a necessidade dedeslocamento das escovas.

Identificação dos terminais das máquinas de CC

Os bornes da placa de ligação das máquinas de CC obedecem a uma nomenclaturanormalizada.

A tabela a seguir mostra as designações dos elementos da máquina com seuscorrespondentes para a norma DIN (alemã) e para a norma ASA (americana).

Elemento Norma

DIN ASA

Armadura ou induzido

Campo de derivação

Campo em série

A.B.

C.D.

E.F

A1 A2

F1 F2

S1 S2

Veja agora um exemplo da placa de máquina de CC conectada para funcionar comomotor misto de acordo com a norma ASA.



Componentes mecânicos desistemas elétricos

Introdução

Os sofisticados comandos eletroeletrônicos, usados nos processos industriaisfuncionam combinados com sistemas mecânicos complexos.

Muitas vezes, um defeito eletroeletrônico pode ser causado por uma falha mecânica ouvice-versa. Assim, veremos nesta unidade, alguns componentes mecânicos básicos,tais como: transmissões mecânicas, hidráulicas e pneumáticas, e rolamentos.

Mecanismo de acoplamento e transmissão

O mecanismo de acoplamento e transmissão serve para acoplar e desacoplar eixoscujos prolongamentos estão no mesmo plano.

O principal objetivo do mecanismo de acoplamento é a transmissão de movimento. Porisso, ele pode também ser chamado de mecanismo de transmissão.

Os mecanismos de transmissão podem funcionar das seguintes maneiras:1. Por atrito entre:

a) Uma correia plana e uma polia;



b) Uma correia trapezoidal e uma polia de canal de �V�

c) Rodas de fricção planas e cônicas;

d) rodas de fricção cônicas equiaxiais.

ObservaçãoNum sistema de transmissão por atrito existe um deslizamento que, nas correiastrapezoidais é menor que nas correias planas.



2. Por atrito entre:a) Os dentes de uma roda dentada;

b) Uma roda dentada e uma cremalheira;

Acoplamentos com relação de transmissão 1:1Os acoplamentos com relação de transmissão 1:1 são os seguintes:• Acoplamento fixo,• Acoplamento extensível,• Acoplamento de desengate,• Acoplamento de desengate e engate,• Acoplamento elástico.



Acoplamento fixoO acoplamento fixo serve para unir duas extremidades de eixos. As superfícies deaperto podem ser paralelas ou perpendiculares ao eixo como mostram as figuras aseguir.

Acoplamento extensívelO acoplamento extensível serve para unir eixos separados por grandes distâncias.

Acoplamento de desengateEsse tipo de acoplamento é usada para desengatar rapidamente um eixo emmovimento.



ObservaçãoEsse acoplamento só engata em repouso.

Acoplamento de desengate e engateEsse tipo de acoplamento é usado para engatar e desengatar um eixo em movimento.

Acoplamento elásticoO acoplamento elástico é usado em eixos equiaxiais e é capaz de absorver choques evibrações.



Transmissão hidráulica

A transmissão hidráulica tem seu funcionamento baseado na propagação da pressãode um líquido. Essa pressão se transmite em todas as direções com a mesmaintensidade.

A utilização da pressão exercida por líquidos permite principalmente:• Produzir força considerável,• Obter um movimento alternativo muito flexível.



O sistema hidráulico transmite força instantaneamente devido ao baixo fator decompressão dos líquidos.

Transmissão pneumática

O funcionamento dos mecanismos pneumáticos se baseia na propagação da pressãode um gás (o ar). Essa pressão se transmite em todas as direções com a mesmaintensidade.

O ar pressionado através de pistões produz força e movimento alternativos da mesmaforma como nos circuitos hidráulicos.

A desvantagem do mecanismo pneumático é sua incapacidade de manter uniformes econstantes as velocidades dos pistões, devido à compressibilidade a que os gasesestão sujeitos. Por isso, existe um pequeno retardo na transmissão do movimento.

A grande vantagem dos sistemas hidráulicos e pneumáticos é o fácil controle da forçaexercida.

Rolamentos

Rolamentos são componentes mecânicos criados para diminuir o atrito nos eixosrotativos que transmitem movimento.

Os rolamentos se dividem em duas categorias conforme a finalidade a que sedestinam: radiais e axiais ou de encosto.



Os rolamentos radiais que podem ser de esferas ou de roletes servem para suportareixos rotativos, solicitados exclusivamente para forças radiais, como por exemplo, aforça exercida por uma polia em uma máquina girante.

Os rolamentos axiais ou de encosto servem para suportar solicitações axiais a que oseixos rotativos estão sujeitos.

ObservaçãoSe um eixo for solicitado axialmente e radialmente, ele deverá ser provido dos doistipos de rolamentos.Manutenção dos rolamentosComo os rolamentos são usados em máquinas girantes, é importante conhecê-los pararealizar montagens, desmontagens, verificações e lubrificações de maneira corretapara aumentar sua vida útil.

Rotinas de verificações em operaçãoOs rolamentos montados em máquinas, cuja paralisação ocasionará sérios prejuízos àprodução, devem ser verificados regularmente.



Os rolamentos em aplicações menos críticas ou que operam sob condições de menorsolicitação, podem ficar sem atenção especial, a não ser a de verificar se estão bemlubrificados.

As rotinas de verificação incluem as seguintes etapas: ouvir, sentir, observar elubrificar.

OuvirComo mostra a figura abaixo, coloque uma chave de fenda ou um objeto similar contrao alojamento, o mais próximo possível do rolamento.

Ponha o ouvido na outra extremidade e ouça. Se tudo estiver bem, um ruído suavedeverá ser ouvido. Um ruído uniforme, porém metálico, indica falta de lubrificação. Osom de um rolamento danificado é irregular.

SentirVerifique a temperatura usando um termômetro, giz sensível ao calor, ousimplesmente, colocando a mão no alojamento do enrolamento.

Se a temperatura parecer mais alta que o normal, ou com variações bruscas, isto éindicação de que existe algo errado.



O aquecimento pode ser causado por sujeira, falta de lubrificação, excesso delubrificação, sobrecarga, folga interna muito pequena, ou porque o rolamento está�preso� axialmente por causa da excessiva pressão dos retentores.

Deve ser lembrado que, imediatamente após a lubrificação, existirá um aumentonatural de temperatura que pode durar um ou dois dias.

ObservarAssegure-se de que o lubrificante não escape através de vedadores defeituosos oubujões insuficientemente apertados. Verifique as condições dos vedadores,assegurando-se de que não permitam que líquidos quentes ou corrosivos penetrem noconjunto.

Quando existe um sistema de lubrificação automática, este deverá ter seufuncionamento verificado periodicamente.

LubrificarA relubrificação deve obedecer às instruções do fabricante do equipamento.

Para a lubrificação com graxa, limpe a engraxadeira de injetar graxa nova.

Quando a caixa do rolamento não possuir engraxadeira, a relubrificação deve ser feitana parada programada da máquina. As tampas deverão ser removidas para retirar todaa graxa usada antes de colocar a graxa nova.

Mesmo que as caixas possuam engraxadeiras, a graxa usada deve ser removida esubstituído por nova, sempre que as caixas forem abertas e seus componenteslavados.



Quando a lubrificação é feita com óleo, verifique o nível e complete-o se necessário.

Certifique-se de que o respiro do indicador de nível está desobstruído.

Quando se efetua a troca, o óleo usado deve ser drenado completamente e o conjuntolavado com óleo limpo, de preferência o mesmo que será usada na reposição.

Na lubrificação em banho de óleo, geralmente é suficiente efetuar a troca uma vez aoano, desde que a temperatura de trabalho não ultrapasse 50ºC e não hajacontaminação. Quando a temperatura for maior que 50ºC, o óleo deverá ser trocadocom maior freqüência, segundo as seguintes indicações:• Acima de 100° C - quatro vezes por ano;• Acima de 120° C - uma vez por mês;• Acima de 130° C - uma vez por semana.

Rotinas de verificação de máquinas paradasOs rolamentos das máquinas girantes devem ser inspecionados e limpos a intervalosregulares de tempo.

Esse tipo de inspeção deve ser feito preferivelmente durante as paradas programadasda máquina ou quando ela for desmontada por alguma razão, tanto para inspeçãoquanto para reparos.



A operação de inspeção deve ser feita numa área de trabalho a mais limpa possível.Para iniciar a desmontagem da máquina, limpe sua superfície externa.

Durante a desmontagem, anote a seqüência de remoção dos componentes e suasposições relativas.

Verifique o lubrificante. As impurezas são identificadas esfregando o lubrificante entreos dedos ou espalhando uma fina camada nas costas da mão para a inspeção visual.

Lave o rolamento exposto onde é possível fazer inspeção sem desmontagem. Use umpincel molhado em aguarrás ou querosene.

Seque o rolamento com um pano limpo e sem fiapos ou com ar comprimido e verifiquese algum componente do rolamento entrou em rotação.

Nunca leve rolamentos blindados (com duas placas de proteção ou vedação).

Um pequeno espelho com haste, semelhante aos usados por dentistas, pode ser útilna inspeção das pistas, gaiola e corpos rolantes do rolamento.



Desmontagem dos rolamentosUm rolamento em boas condições nunca deve ser desmontado a não ser que sejaabsolutamente necessário.

Caso o rolamento deva ser desmontado, é aconselhável marcar a posição relativa demontagem, ou seja, qual a seção do rolamento que está por cima, qual o lado que estápara frente, etc. O rolamento deverá ser montado na mesma posição.

Inicie a desmontagem pela seleção correta das ferramentas a serem usadas.

Se o rolamento é desmontado com interferência no eixo, deve-se usar um extratorcujas garras devem ser apoiadas diretamente na face do anel interno.

Quando não é possível alcançar a face do anel interno, o extrator poderá ser aplicadana face do anel externo. Entretanto, é muito importante que o anel externo seja giradodurante a desmontagem, de modo a distribuir os esforços pelas pistas e evitando queelas sejam marcadas pelos corpos rolantes.

Nesse caso, o parafuso deve ser travado ou preso com uma chave e as garrasdeverão ser giradas com as mãos ou com uma alavanca .

Inspeção de rolamentos desmontadosQuando o rolamento é desmontado, deve ser inspecionado após a limpeza e secagem.

Gire o anel externo e verifique se o ruído do rolamento é normal.



As pistas e corpos rolantes devem ser inspecionados para verificar se existem sinaisde danos. Um rolamento está em boas condições quando não possui marcas ou outrosdefeitos nas pistas, anéis, corpos rolantes ou gaiolas e gira uniformemente sem terfolga interna radial anormalmente grande.Um rolamento nessas condições pode ser montado novamente sem risco algum.

Montagem dos rolamentosOs rolamentos pequenos podem ser montados com ajuda de uma �caneca� ou umpedaço de tubo.

O tubo deve estar bem limpo e ter extremidades planas, paralelas e sem rebarbas.

Coloque a ferramenta contra o anel interno. Com um martelo comum, aplique golpessempre bem distribuídos ao redor da extremidade do tubo. Tome cuidado para que orolamento não entre enviesado no eixo.

ObservaçãoOs martelos de chumbo ou outro metal macio não são indicados porque podem soltarfragmentos que penetram no rolamento.Nunca aplique golpes diretos nos rolamentos, pois isso poderá trincar os anéis edanificar as gaiolas além do perigo de partículas metálicas se destacarem e causaremavarias quando o rolamento for colocado em operação.



Não aplique força contra o anel quando o rolamento for montado no eixo. Isso danificaas pistas e os corpos rolantes e reduz consideravelmente a vida útil do rolamento.

Quando se dispõe de uma prensa mecânica ou hidráulica, esta poderá ser usada namontagem de rolamentos pequenos e médios.

ObservaçãoUse uma �caneca� ou um pedaço de tubo entre a prensa e o anel interno.

Os rolamentos grandes são montados com maior facilidade se forem primeiramenteaquecidos a uma temperatura de 80 a 90ºC acima da temperatura ambiente. Contudo,esses mesmos rolamentos nunca deverão atingir uma temperatura acima de 120ºC.

Um método adequado para aquecê-los é por meio de banho de óleo.

O óleo deve ser limpo e ter um ponto de fulgor superior a 250ºC. O recipiente deveestar limpo e conter óleo suficiente para cobrir completamente o rolamento. Este nãodeve estar em contato direto com a base do recipiente, devendo ser colocado sobreuma plataforma ou calço adequado para evitar aquecimento direto.



O banho deve ser aquecido numa chapa elétrica, bico de gás ou equipamentosemelhante.

ObservaçãoUm rolamento nunca deverá ser aquecido sobre chama direta.



Medidores de rotação

Na unidade anterior, vimos que existem dois equipamentos para medir a rotação (rpm)das máquinas elétricas: o gerador taquimétrico e o gerador Hall.

Nesta unidade, estudaremos esses dois equipamentos, suas características eutilização.

Gerador taquimétrico

O gerador taquimétrico (ou dínamo taquimétrico) é aplicado ao servocontrole demáquinas operatrizes.

Ele é acoplado ao eixo da máquina e gera uma tensão quando o eixo gira. Essa tensãorealimenta o circuito dando, em forma de tensão, uma informação da velocidade damáquina.

Geralmente, essa tensão é da ordem de 60V para cada 1000rpm. Porem, pode haveroutros valores de relação, como por exemplo, 20V/1000rpm; 100V/1000rpm.



O gerador taquimétrico é um gerador de CC. Quando invertemos seu sentido derotação, a polaridade da tensão se inverte. Veja representação esquemática a seguir.

Gerador Hall

Para que haja continuidade no movimento de rotação de um motor com comutaçãoeletrônica, há necessidade de um sensor para indicar a posição do rotor.

Esse sensor é o gerador Hall que consiste de uma placa de material semicondutor,geralmente uma liga de índio e antimônio, percorrida longitudinalmente por umacorrente (I1) sob um campo magnético B.

FuncionamentoUma diferença de potencial surge entre os pontos x e y e que é chamada de efeitoHall. Essa tensão é dada por:

VH = d

RH . B. I1



Onde:• VH é a tensão Hall;• d é a espessura do condutor;• B é a intensidade do campo magnético;• I1 é a corrente no condutor.

A sensibilidade do gerador Hall é constante em toda a faixa de 0 até 1t.

O gerador Hall fornece uma tensão polarizada em função do campo e da corrente, porisso, formatos diferentes fornecem rendimentos diferentes, ou seja:• Forma retangular: alta tensão Hall de saída;

• Forma borboleta: alta sensibilidade de fluxo

• Forma de cruz: alta sensibilidade de indução



AplicaçõesO gerador Hall tem várias aplicações a saber:• Em sistemas de ignição de automóveis nos quais evita contatos mecânicos que

implicam no desgaste das peças e permite ajustagem contínua do sistema;• Na medição de fluxo disperso de transformadores em circuitos onde existem

mecanismos sensíveis a pequeno campo magnético estranho;• Na verificação de transmissão de sinais, captando um sinal emitido em outro ponto

do circuito, evitando os contatos elétricos.



Freio de Prony

O freio de Prony é um dispositivo que deve ser adaptado ao eixo de um motor com afinalidade de carregar o motor mecanicamente. Observe o freio de Prony na figuraabaixo.

Vamos analisar a figura. O valor da força F é lido diretamente no dinamômetro, em N.A distância r chama-se braço da alavanca e é medida em m.

Com os valores de F, r e da rpm do motor, podemos calcular o conjugado do binário doeixo e a potência do motor.

Observe, também, que há um voltímetro e um amperímetro no circuito de ligação domotor. A leitura desses instrumentos é importante porque a experiência deve ser feitacom tensões e correntes normais.

O motor é ligado à rede elétrica, gira a plena rotação e em sentido horário.

A embreagem é de madeira e tem o formato de sapata. Ela freia o motor através deum polia montada na ponta do eixo.



O esforço do eixo do motor é transmitido através do braço de alavanca e provoca aindicação de uma força F no dinamômetro.

Observe, na extremidade esquerda da alavanca, dois parafusos. Eles servem paracontrolar a pressão da sapata sobre o eixo. Isto permite carregar mecanicamente omotor.

ObservaçãoHá vários tipos de freios Prony. As maneiras de se aplicar a frenagem também variam.Portanto, você pode encontrar diferentes tipos de freios de Prony, mas o princípio defuncionamento de todos eles é o mesmo.

Desenvolvimento teórico

Para efetuarmos os cálculos necessários, precisamos conhecer vários conceitosteóricos e fórmulas, que serão vistas a seguir.

Conjugado de um binárioEste conceito você já estudou, mas vamos repeti-lo.

Observe a figura e a fórmula correspondente:

Conjugado = força . distância ou, abreviadamente, C = F . d

A distância d chama-se braço.

A unidade de medida do conjugado é N . m.



Momento de uma força em relação a um pontoÉ o produto do valor da força pela distância entre um ponto e a direção da força.Observe a figura.

A fórmula do momento de uma força é:Momento = força . distância ou, abreviadamente, M = F . d

A distância d chama-se braço. A unidade de medida é N . m.

Trabalho de uma força: a fórmula de trabalho é:Trabalho = força . deslocamento ou, abreviadamente, T = F . d

A unidade de medida de trabalho é também N . m. Entretanto, no caso do trabalho,recebe o nome especial de quilogrâmetro. O símbolo do quilogrâmetro é kgm.

PotênciaA fórmula de potência é:

tempotrabalhopotência =

A forma abreviada da fórmula de potência é:

tTP =

A unidade de medida de potência é:

segundorâmetrologqui



O símbolo utilizado é s

kgm

Transformação de unidadesA potência dos motores elétricos é dada nas unidades de medida cavalo-vapor oucavalo-força. O símbolo de cavalo-vapor é CV e o de cavalo-força é HP.

Um CV é a potência necessária para elevar um peso de 75kg à altura de 1m num

intervalo de tempo de 1s. De acordo com esta definição, s

kgm75cv1 = .

Um HP é a potência necessária para elevar um peso de 75,6kg à altura de 1m num

intervalo de tempo de 1s. De acordo com esta definição, s

kgm6,75HP1 = .

Para transformar unidades de tempo, usaremos a relação 1min = 60s

Cálculo da potência no eixo do motor

Observe na figura abaixo um exemplo de um motor levantando um peso.

O valor da força lida no dinamômetro é indicado pela letra F. O valor do raio da polia éindicado pela letra r. Observe, a seguir, a dedução de uma fórmula para o cálculo dapotência.



Fórmula da potência

tTP =

Fórmula do trabalhoT = F . d

Substituindo a fórmula do trabalho na fórmula da potência obtemos:

td.FP =

O movimento é circular e o deslocamento é igual ao comprimento da circunferência.Portanto, temos:• Deslocamento em uma volta: 2 . π . r;• Deslocamento em um número n de voltas: 2 . π . r . n.

Vamos agora substituir o deslocamento d pela expressão 2 . π . r . n.

Veja:

td.Fp =

d = 2 . π . r . n

Portanto, t

n.r..2.Fp π= .

Vamos agora examinar as unidades de medida na fórmula. No numerador temos n,que é o número de rotações. No denominador, o tempo t está em segundos. Mas otacômetro adaptado ao motor fornece a velocidade angular em rpm.

Isto significa que, na fórmula anterior, a razão tn deve ser transformada para podermos

fazer a substituição. Acompanhe as passagens abaixo.

s60n

min1n

tn

emtemporotaçõesdenúmerorpm ====

min



Portanto, a fórmula ficará dividida por 60s.

s60n.r..2.Fp π=

Observe agora os outros elementos da fórmula.

A força F, no numerador, é medida em N. O raio r, no numerador, é medida em m. Otempo, no denominador, está em s. Portanto, temos:

skgm

sm.N =

Mas como já vimos, s

kgm75CV1 = .

Logo, 75CV1

skgm1 =

Concluímos que a fórmula deve ser dividida por 75. A potência vai ser calculada emcavalos-vapor.

Para a potência calculada um cv vamos utilizar o símbolo Pcv.

60.75n.r..2.FPcv

π=

No numerador temos uma multiplicação de vários fatores. A ordem dos fatores nãoaltera o produto. Por isso, vamos reescrever a fórmula acima na forma mais usual:

60.75F.n.r..2Pcv

π=

Se quisermos calcular a potência em HP, aplicamos o mesmo raciocínio, lembrando

apenas que s

kgm6,75HP1 = .

Observe como ficará a fórmula:

60.6,75F.n.r..2PHP

π=



Cálculo do conjugado do binário do eixo

O princípio fundamental do freio de Prony é que o momento da força indicada nodinamômetro em relação ao eixo é igual ao conjugado do binário do eixo. Portanto, oconjugado do binário do eixo é calculado pela fórmula abaixo.

C = F . r

Na fórmula acima, a unidade de medida de F é N e a de r é m. Portanto, a unidade demedida do conjugado do binário do eixo é N . m.

Vamos agora resolver um exemplo de aplicação das fórmulas da potência e doconjugado.

ExemploObserve na figura abaixo um modelo de freio de Prony. A força F indicada nodinamômetro vale 2N. A medida do raio r é 0,2m. A velocidade angular do motor é de1.770rpm.

Vamos calcular a potência em cv.

A fórmula é:

60.75F.n.r..2Pcv

π=



Substituindo os valores temos:

60.752.7701.2,0.14,3.2Pcv =

Efetuando as multiplicações no numerador e no denominador temos:

50042,4464Pcv =

Efetuando a divisão obtemos:

Pcv = 0,998 ou Pcv ≅ 1cv

Agora vamos calcular o conjugado do binário do eixo. A fórmula é:

C = F . r

Substituindo os valores, temos:

C = 0,2 . 2

Portanto C = 0,4N . m7



Comprovar o funcionamentode transformador

Você já estudou o princípio de funcionamento dos transformadores e agora já estápreparado para comprovar os conhecimentos teóricos adquiridos até aqui.

Portanto, neste ensaio, você deverá comprovar a indução numa bobina com um ímã eeletroímã e, movimento. Verificará a indução produzida por um campo magnéticovariável e, finalmente, observar a relação entre a variação do número de espiras e avariação de tensão.

Procedimentos1. Para comprovar a tensão induzida por ímã, conecte o voltímetro do multímetro à

bobina de maior número de espiras.2. Movimente o ímã de tal forma que um dos pólos passe o mais próximo possível do

orifício da bobina.3. Observe a geração da tensão e anote seu valor máximo nas bobinas 1 e 24. Coloque o núcleo da bobina e repita os passos 2 e 3.5. Houve aumento de tensão? Por quê?6. Substitua a bobina e repita os passos 1 a 4.7. Qual das bobinas gerou maior tensão? Por quê?8. Aproxime o ímã da bobina sem movimentá-lo. Houve geração de tensão? Por quê?9. Para comprovar a indução de tensão por eletroímã, monte o núcleo na bobina de

800 espiras e aplique 12VCC e obtenha um eletroímã.10. Movimente o eletroímã de tal forma que seu núcleo passe pelo orifício da bobina

conectada ao voltímetro (sem núcleo). O que aconteceu com o eletroímã?11. Anote o valor da tensão induzida.12. Coloque o núcleo da bobina e repita o passo 10. Anote o valor da tensão induzida.13. Por que nos passos 2 e 10 existe geração de tensão?14. Aproxime o eletroímã da bobina sem movimentá-lo. Houve geração de tensão?

Por quê?15. Analise os passos realizados até o momento. Para que haja geração de tensão em

uma bobina, como deve ser o campo magnético a que ela deve ser submetida?



16. Monte o circuito a seguir, colocando as bobinas uma sobre a outra.

17. Energize a bobina 1. Meça a tensão na bobina 2. Anote o resultado.18. Por que existe tensão na bobina 2 se ela está eletricamente isolada da bobina 1?19. Coloque um núcleo que feche as duas bobinas em um circuito magnético.

20. Energize a bobina 1. Meça a tensão na bobina 2. Anote o resultado.21. Por que aconteceu uma variação de tensão tão grande?22. Substitua a bobina 2 por uma bobina de 800 espiras e repita os passos 19 e 20.

Por que houve um aumento da tensão induzida?



Identificar tapes detransformador

Agora que você já estudou a parte teórica do transformador, está na hora de testá-lopara ver se funciona. Neste ensaio, você vai identificar os terminais de umtransformador monofásico e testá-lo para verificar seu comportamento com carga.

Procedimentos1. Para identificar o primário e o secundário do transformador, meça as resistências

das bobinas e anote seus valores.



2. Para identificar os terminais do transformador, use fita adesiva nos locaismostrados no diagrama a seguir.

3. Ligue as duas bobinas em série.4. Aplique 30% da tensão nominal do primário aos terminais A1 e A2.5. Meça a tensão nas extremidades do enrolamento. Observe que essa tensão deve

ser o dobro da tensão aplicada.

ObservaçãoCaso a tensão seja próxima de zero volts, inverta os terminais do enrolamento B ecertifique-se de que a tensão está correta.

6. Desenergize o circuito e faça as marcações como mostra o diagrama a seguir.



7. Complete o desenho das ligações deste transformador para 110 e 220V.

8. Para ligar o transformador com carga, complete o esquema a seguir e monte ocircuito.

9. Mantenha o reostato com máxima resistência. Alimente o circuito e anote noquadro a seguir o valor da tensão com a chave aberta.

Passo Tensão desecundário (V)

Corrente desecundário (A)

Potênciafornecida (VA)

10

11

12

13

13

13

(sem carga)

10. Feche a chave e anote no quadro do passo anterior o valor da corrente commáximo valor de resistência do reostato.

11. Varie o valor do reostato para obter 2ª. Anote esse valor de corrente e o valor datensão do secundário.



12. Repita o passo 12 com valores de corrente de 4, 6 e 8A.13. Calcule a potência fornecida para cada valor de corrente.14. Calcule a porcentagem da variação da tensão do transformador com carga e sem

carga. Use a seguinte fórmula:

V% = 1 - carga semV

máxima carga comV x 100

ObservaçãoEsse valor representa o percentual de queda de tensão do transformador a plenacarga comparado ao mesmo transformador funcionando a vazio.

15. Repita os passos 10 a 13 e calcule a potência que o transformador consome narede. Anote os valores na tabela a seguir.

Passo Tensão deprimário (V)

Corrente de primário (A)

Potência de entrada oufornecida (VA)

10

11

12

13

13

13

(sem carga)

16. Calcule o rendimento para cada carga do transformador. Use os dados das tabelase a seguinte fórmula:

η = entrada de Potênciasaída de Potência x 100%

Passo Rendimento

10

11

12

13

13

13

17. Em qual valor de resistência o transformador apresentou melhor rendimento?Por quê?



Polarizar bobinas detransformadores trifásicos

Um transformador trifásico eqüivale a três transformadores monofásicos montados emum mesmo núcleo.

Neste ensaio, você vai polarizar corretamente as bobinas do primário e secundário dastrês fases de um transformador trifásico.

Procedimentos1. Com o multímetro, identifique os enrolamentos do primário e do secundário do

transformador.2. Mantendo os terminais dos secundários abertos, ligue o primário em estrela e

alimente-o com 220V conforme diagrama a seguir.



3. Meça as correntes de linha.

4. Os resultados das medições poderão ser de dois tipos.a. As três correntes são aproximadamente iguais. Neste caso, o enrolamento está

polarizado corretamente. Passe para 0 passo 7.b. As três correntes são diferentes. Um enrolamento está invertido e precisa ser

corrigido. Passe para o passo 5.

5. Desligue a alimentação do primário e inverta os terminais da bobina A.

ObservaçãoPode ocorrer uma pequena diferença a menor da corrente na bobina central emvirtude da dispersão magnética dessa bobina ser menor.

6. Ligue o primário novamente e meça as correntes de linha e verifique se elas sãoiguais. Agora pode acontecer que as três correntes sejam iguais. Nesse caso, abobina da fase A é que estava invertida. Porém, se forem diferentes, a bobina Adeverá voltar a posição original e a bobina B será invertida. Esse procedimentodeve ser repetido até se conseguir que as três correntes fiquem iguais.



7. Conforme o esquema abaixo, numere os terminais do primário.

8. Alimente apenas uma das fases do primário (fase A, B ou C) com uma tensão de110V.

9. Meça a tensão nos secundários.10. Identifique os secundários referentes à fase alimentada e ligue-os em série aditiva.

ObservaçãoOs secundários da fase alimentada são os que apresentam maior tensão. A sérieserá aditiva quando a tensão nas extremidades da associação for o dobro datensão do secundário, e deve permanecer em série até o final da experiência.

11. Para identificar as outras duas fases (B e C), repita os passos 9 e 10.12. Siga o esquema abaixo e faça a ligação das séries aditivas em estrela.



13. Alimente o primário, ligado em estrela, com 220VCA e meça as tensões de linha nosecundário.

ObservaçãoAs tensões encontradas deverão ter o mesmo valor. Caso os valores sejamdiferentes, uma das fases do secundário está invertida. Para acertá-la, deve-sefazer tentativas no sentido de inverter uma fase por vez e medir a tensão a cadainversão até encontrar valores iguais, o que indica que as fases estão ligadascorretamente.

14. Numere os terminais do secundário conforme o esquema.

ObservaçãoEssas marcações serão usadas no próximo ensaio.



Ligar transformador trifásico

As ligações internas entre as três fases do transformador trifásico podem ser feitas emestrela e em triângulo.

Neste ensaio, você vai fazer diversas combinações de ligações no transformador eaprenderá a relação de transformação nas combinações dessa ligações.

Procedimentos1. Observe o esquema abaixo e faça a ligação Y/Y indicada.

2. Calcule a tensão de saída. Use a fórmula:

EX = NHNX x EH

3. Aplique tensão de 220V no enrolamento primário.

Observações• Aplique tensão reduzida, por exemplo, 220V ou menos, se o transformador for

de tensão elevada (acima de 600V).• Aplique tensão nominal se o transformador for de baixa tensão (até 600V).



PrecauçãoSe, ao aplicar tensão no transformador, o amperímetro registrar corrente acima de1A, desligue imediatamente o circuito, pois há ligação errada.

4. Faça as leituras de X1 X2 - X1 X3 - X2 X3. Anote os valores na coluna Y da tabelaabaixo. Os valores medidos deverão ser iguais.

Primário

Y ∆

EX1 X2

EX1 X3

EX2 X3

5. Compare o valor calculado (passo 2) com os valores das medições e escreva suaconclusão.

6. Faça a ligação estrela-triângulo, conforme o esquema a seguir.

7. Calcule a tensão de saída usando a seguinte fórmula.

EX = NHNX .

3EH

8. Repita os passos 3, 4 e 5 e anote os valores na coluna Y da tabela abaixo.

Primário

Y ∆

EX1 X2

EX1 X3

EX2 X3



9. Faça a ligação Y/YY conforme o esquema a seguir.

10. Calcule a tensão de saída. Use a seguinte fórmula.

EX = EH.NH2

NX

11. Repita os passos 3, 4 e 5, anotando os dados na coluna Y da tabela a seguir.

Primário

Y ∆

EX1 X2

EX1 X3

EX2 X3

12. Faça a ligação Y/ conforme o esquema.



13. Calcule a tensão de saída pela seguinte fórmula

EX = EX.3.NH

2NX

14. Repita os passos 3, 4 e 5, anotando os valores na coluna Y da tabela a seguir.

Primário

Y ∆

EX1 X2

EX1 X3

EX2 X3

15. Refaça os ensaios desde o passo 4 com o primário conectado em triângulo. Anoteos resultados na coluna ∆.

ObservaçãoA tensão a ser aplicada na ligação em triângulo deve ser igual à aplicada na ligaçãoem estrela, dividida pela raiz de 3.



Montar banco detransformadores

A função dos transformadores trifásicos é abaixar ou elevar a tensão a níveisdesejados para os sistemas trifásicos.

Através deste ensaio você aprenderá como montar um banco de transformadores ecomo verificar sua potência.

Procedimentos1. Com o ohmímetro, identifique os enrolamentos de 127 e 220V dos

transformadores, marcando com H1 e H2 os terminais de 220V (resistência maisalta) e X1 e X2 os terminais de 127V (resistência mais alta).

2. Monte o circuito a seguir.

3. Aplique no primário (H1 e H2) uma tensão de 110V.4. Meça a tensão entre os pontos H2 - X1.

Observação



Se a tensão medida for maior que 110V (polaridade aditiva), a identificação dosterminais H1, H2 e X1 , X2 está correta. Contudo, se a tensão for menor do que 110V(polaridade subtrativa), inverta a identificação nos terminais X1 e X2.

5. Repita as operações dos itens 1 a 4 com os outros dois transformadores.6. Com os três transformadores identificados, monte o banco de transformadores

ligados em triângulo/triângulo, conforme a figura a seguir.

7. Ligue ao secundário do banco as lâmpadas E1, E2, E3 de 130V/60W, conforme ocircuito a seguir.



8. Conecte o primário do banco à rede de 220V. Meça no secundário as correntes quecirculam nas linhas e lâmpadas, anotando seus valores.

9. Comprove a relação entre a corrente de linha e a corrente de fase. Para isso,aplique a fórmula: IL = If . 3

10. Meça e anote a tensão no secundário do banco.11. Com os valores obtidos, calcule a potência dissipada pelas lâmpadas e a potência

fornecida pelo banco de transformadores. Para isso utilize as seguintes fórmulas:• P = E . IE (potência dissipada por uma lâmpada)• Pt = E . IL . 3 (potência fornecida pelo banco)

12. Desligue o banco de transformadores da rede e retire um dos transformadores.13. Ligue novamente à rede trifásica o banco de transformadores conforme o circuito a

seguir.

14. Meça novamente as correntes de linha e as correntes das lâmpadas.Com os valores obtidos, calcule a potência dissipada pelas lâmpadas e a potência fornecida pelo banco de transformadores. Para isso, utilize as seguintes fórmulas:• P = E . IE (potência dissipada por uma lâmpada)• Pt = E . IL (potência fornecida pelo banco).

15. Por que os resultados dos passos 11 e 15 diferem entre si?



Identificar elementos demáquina CC

Neste ensaio, você vai aprender a identificar os elementos das máquinas de CC. Vaitambém medir a resistência desses elementos.

Procedimentos1. Meça a resistência da bobina de campo em paralelo, da bobina de campo em série

e da armadura da máquina de CC.2. Anote o maior valor de resistência encontrado e o elemento que apresentou esse

valor.3. Com a fita crepe, identifique as duas extremidades do elemento que apresentou

maior resistência.4. Meça novamente o campo série e a armadura. Qual é o elemento de mais baixa

resistência? Qual seu valor ôhmico?5. Anote o valor ôhmico do último elemento.6. Gire lentamente o eixo da máquina. O que acontece com o valor ôhmico da

armadura? Por quê?7. Mostre os resultados obtidos ao seu instrutor. Explique oralmente como você

chegou aos resultados e como pode afirmar com segurança que os elementosidentificados estão corretos.



Verificar o funcionamentode gerador CC

Neste ensaio, você vai comprovar as características de carga do gerador de excitaçãoindependente e do gerador auto-excitado. Vai também levantar a curva de tensão daarmadura, em função da corrente de carga, e calcular o fator de regulação.

Procedimentos1. Para a comprovação das características de carga do gerador de excitação

independente, monte o circuito a seguir.

2. Faça a ligação do motor trifásico em triângulo. Não ligue o motor antes de conferira ligação com o seu instrutor.

3. Verifique o sentido de rotação e inverta-o se for necessário.4. Conserve o reostato de campo na máxima resistência e mantenha as lâmpadas

desligadas. Aplique tensão no campo através da ponte retificadora. Ajuste oreostato para que a tensão de saída do gerador seja 125V (tensão nominal).



5. Ligue o interruptor da primeira lâmpada e anote o valor das correntes e da tensãoda carga na tabela a seguir.

Lâmpada Corrente decampo

Corrente decarga

Tensão gerada

desligadas

1

2

3

4

5

125V

6. Ligue mais uma lâmpada e anote os valores na tabela do passo 5. Repita esseprocedimento até que todas as lâmpadas estejam acesas (isso deve corresponderà potência máxima do gerador).

7. Qual é o comportamento da corrente de campo à medida a carga é imposta aogerador? Por quê?

8. Calcule o valor da regulação empregando a seguinte fórmula:

tensão sem carga - tensão com carga máxima . 100tensão sem carga

9. Com os dados da tabela do passo 5, desenhe a curva de tensão gerada (eixo Y)em função da corrente de carga (eixo X).

10. Pode-se afirmar que esse gerador apresenta uma boa regulação? Por quê?11. Para a comprovação das características de um gerador auto-excitado, monte o

circuito a seguir.

12. Faça a ligação do motor trifásico em triângulo. Não ligue o motor antes de conferira ligação com o seu instrutor.



13. Verifique o sentido de rotação e inverta-o se for necessário.14. Ajuste o valor do reostato de campo para obter o valor nominal de saída e anote

esse valor na tabela a seguir.

Lâmpada Corrente decampo

Corrente decarga

Tensão gerada

desligadas

1

2

3

4

5

125V

15. Ligue a primeira lâmpada. Anote o valor da corrente e da tensão na tabela dopasso anterior, sem alterar o valor do reostato de campo.

16. Ligue mais uma lâmpada e anote os valores na tabela. Repita esse procedimentoaté que todas as lâmpadas estejam acesas, o que deve corresponder à potênciamáxima do gerador.

17. Calcule o fator de regulação.18. Com os dados da tabela, desenhe a curva gerada (eixo Y) em função da corrente

de carga (eixo X).19. Com uma caneta de outra cor, desenhe no gráfico do passo anterior a curva obtida

no passo 9.20. Analise o gráfico obtido após o passo 19. O que você pode concluir sobre os dois

tipos de ligação? Qual é a melhor? Por quê?21. Com base em suas observações, cite duas vantagens do gerador auto-excitado em

relação ao gerador de excitação independente.



Verificar o funcionamentode motor de CC

Neste ensaio, você vai verificar o funcionamento do motor de CC com carga e ocomportamento das correntes pelos enrolamentos do motor. Vai também utilizar ummotor trifásico como unidade de carga.

Procedimentos1. Monte o circuito da figura a seguir.

2. Monte o circuito abaixo para que seja simulada uma carga para o motor de CC.



ObservaçãoEste tipo de ligação é atípico e deve ser usado apenas em ensaios de curtaduração. Neste circuito, nunca se deve deixar que a corrente exceda a correntenominal do motor trifásico para ligação Y.

3. Ajuste o reostato R1 na posição intermediária e R2 para a máxima resistência eenergize o circuito.

4. Ajuste a corrente no motor trifásico de tal forma que ela seja 80% da correntenominal.

5. Dê a partida, alimentando o motor de CC, e gire o cursor do reostato de armadura(R2) lentamente até que a resistência seja igual a zero ohms.

6. Meça a corrente do motor e anote o resultado.7. Posicione o reostato de campo para a máxima resistência.8. Meça e anote o valor da corrente.9. O que aconteceu com o valor da corrente? Por quê?10. O que aconteceu com a RPM do motor? Por quê?11. Posicione o reostato de campo para a mínima resistência.12. Meça e anote o valor da corrente.13. Houve variação muito acentuada da corrente? Por quê?14. O que aconteceu com a RPM da máquina?15. Qual a finalidade do reostato de campo?16. Qual a função do reostato da armadura?17. Meça a rotação mínima e máxima do motor. Anote os resultados.

Rotação máxima _____________RPMRotação mínima _____________ RPM



Verificar o funcionamentode motor de passo

Neste ensaio, você vai movimentar o motor de passo por meio do acionamentosequenciado de chaves simulando um circuito eletrônico lógico.

Procedimentos1. Com o auxílio do catálogo do fabricante, identifique os terminais do motor de passo

e desenhe-o no espaço a seguir.

2. Meça a resistência ôhmica de cada bobina e anote o resultado.3. Monte o circuito a seguir.

ObservaçãoA ligação dos terminais deve ser feita de acordo com o catálogo do fabricante demodo que se S1, S2, S3 e S4 forem fechadas seqüencialmente, o motor girará nosentido horário.



4. Feche seqüencialmente as chaves S1, S2, S3, S4, S1, S2, etc. Observe o queaconteceu com o eixo do motor e descreva esse efeito a seguir.

5. O que deve ser feito para que o motor gire em sentido inverso?6. Inverta o sentido do giro do motor de passo.7. Faça com que o eixo do motor se desloque por 270. Quantas vezes a seqüência

S1, S2, S3 e S4 foi acionada?



Desmontar máquina elétricagiratória

Neste ensaio, você vai aprender todos os passos necessários à desmontagem e àmontagem de máquinas giratórias.

Procedimentos1. Antes de desmontar a máquina giratória, anote os dados retirados da placa do

fabricante.2. Solte e retire o parafuso da polia.3. Retire a polia com o auxílio de um extrator apropriado.4. Retire a chaveta.

ObservaçãoGuarde todas as peças em recipiente destinado a esse fim.

5. Com um punção de bico, de um golpe leve de modo a marcar a tampa do lado daponta de eixo. Marque a carcaça do motor na mesma direção e usando o mesmoprocedimento.

ObservaçãoÉ importante marcar o lado da saída do eixo para que, após a montagem, o motorfique com as características originais.

6. Marque a outra tampa da mesma forma em outros dois pontos distintos.7. Com o auxílio de uma chave adequada, remova os parafusos de fixação das

tampas e solte-as.



ObservaçãoSe a máquina tiver mancais de rolamentos, remova os parafusos e solte a tampado mancal.

8. Remova todas as peças que unem as tampas ao rotor.9. Retire as escovas.10. Para soltar o porta-escovas, bata na ponta do eixo através de um tarugo de

alumínio, bronze ou madeira a fim de soltar a tampa traseira.

ObservaçãoAo retirar o conjunto da tampa traseira e rotor, tome cuidado para não danificar oenrolamento.

11. Golpeie os ressaltos da tampa com um calço de madeira ou tarugo de bronze emartelo e afrouxe-a.

PrecauçãoCuidado para não danificar o encaixe.

Observações• Alguns motores dispõem de orifícios rosqueados nas tampas para facilitar a

remoção. Nesse caso, não bata na tampa para afrouxá-la, solte os parafusos.• Se houver interruptor centrífugo com acoplamento mecânico, solte-o ou desfaça

a ligação. Faça um diagrama das ligações para facilitar a religação namontagem

12. Retire a tampa cuidadosamente.13. Segure o motor com as duas mãos e retire-o com cuidado, para não roçar o

enrolamento.14. Remova os mancais.



Observações• Se os mancais forem de buchas, verifique o lado do encosto, e saque-o pelo

lado oposto ao encosto. Use um tarugo de bronze e martelo.• Se os mancais forem de rolamento, ajuste o saca-rolamento do anel interno do

rolamento. Gire o parafuso até que o rolamento se solte como mostra a figura aseguir.

15. Faça uma limpeza e verificação do enrolamento como é mostrado no capítuloComponentes mecânicos de máquinas elétricas.

16. Avalie o estado do enrolamento do motor.17. Para montar a máquina giratória, inicialmente limpe e lubrifique o eixo que irá

receber o rolamento.

ObservaçãoVerifique se o eixo está retificado em toda a sua extensão, pois ele pode ter sidodanificado durante a desmontagem. Providencie a retificação, caso isso sejanecessário.



18. Introduza o rolamento com o auxílio de um balancim e um tubo entre o balancim eo anel interno do rolamento.

19. Introduza o outro rolamento, repetindo os passos anteriores.20. Coloque o rotor defronte à carcaça.

ObservaçãoCertifique-se de que a ponta do eixo esteja do lado correto, de acordo com amarcação efetuada durante a desmontagem.

21. Levante o rotor com ambas as mãos e introduza-o na carcaça sem roçar nasbobinas.

PrecauçãoQuando os rotores são muito pesados, deve-se pedir auxílio a outra pessoa, ouentão, usar uma talha apropriada.



22. Encoste uma das pontas do eixo do rotor em um apoio firme.

23. Coloque umas das tampas levemente com macete de borracha sobre diversospontos da borda onde o enrolamento está alojado.

ObservaçãoVerifique se essa tampa está colocada no lado e na posição corretos, conferindocom a marcação feita com o punção durante a desmontagem.

24. Coloque os parafusos e aperte-os alternadamente até que a tampa se encaixe norebaixo da carcaça.

ObservaçãoNão aperte os parafusos totalmente.

25. Coloque a outra tampa, repetindo os passos anteriores.26. Posicione uma das tampas externas do rolamento.27. Gire o rotor manualmente para que os orifícios da tampa e contratampa do

rolamento e da tampa da carcaça se alinhem.28. Introduza um parafuso e gire-o suavemente até conseguir roscá-lo na contratampa.29. Coloque os outros parafusos da mesma maneira.30. Aperte os parafusos suave e alternadamente até que a tampa do enrolamento seja

introduzida em seu encaixe.31. Coloque a outra tampa do enrolamento, repetindo os passos anteriores.32. Aperte os parafusos.33. Aperte os parafusos das tampas da carcaça alternadamente.34. Verifique manualmente se o eixo gira livremente.35. Aperte alternadamente os parafusos das tampas dos enrolamentos.



Verificar o funcionamento demotor monofásico

Como exemplo de motores monofásicos de CA, podemos citar o motor universal e omotor de indução. Dentre os motores de indução, conforme o tipo de partida, está omotor de fase auxiliar.

Neste ensaio, você vai verificar como funciona esse tipo de motor e identificar osseguintes parâmetros: resistência de isolação, resistência dos bobinados, rpm,velocidade angular, potência, fato de potência, corrente, tensão, rendimento.

Procedimentos1. Meça a resistência de isolação. Anote os valores medidos em M.2. Meça as resistências dos bobinados. Anote os valores medidos.3. Faça a ligação para que o motor funcione em 110V. Deixe a ponta no 5 isolada em

separado.4. Energize rapidamente o motor. O que aconteceu? Por quê6. Ligue a ponta 5 corretamente e ligue o motor novamente. Qual o sentido do giro?7. Qual enrolamento ficou desenergizado?8. Qual a função da ponta 5 no motor?9. Faça a ligação para 220V e energize o motor. Qual é o sentido de rotação?10. Inverta a rotação do motor.



11. Monte o circuito com o motor, o wattímetro, o fasímetro, o amperímetro e ovoltímetro.

12. Confira o circuito montado.13. Instale shunts nas partes amperimétricas do wattímetro, do fasímetro e do

amperímetro.14. Ligue o circuito à rede elétrica.15. Retire os shunts.16. Anote os valores da potência, do fator de potência, da corrente, da tensão e da

freqüência de rotação em vazio (N).17. Desligue o circuito.18. Explique com suas palavras, por que há diferenças entre os valores medidos e os

valores calculados.



Levantar parâmetros demotor trifásico

Através deste ensaio, será possível verificar o funcionamento de um motor trifásico deCA e determinar seus principais parâmetros. Para isso, você vai testar o conjugadonominal e o motor com carga. Vai testar também o rotor travado.

Procedimentos1. Faça o teste de isolação e anote os valores a seguir.2. Meça a resistência dos condutores do bobinado e complete a tabela a seguir.3. Calcule a potência aparente deste motor a plena carga. Use a fórmula

Pa = EL . IL . 3.4. Calcule a potência real deste motor a plena carga. Use a fórmula

P = Pa . cos. Considere cos = 0,85.5. Faça o teste de funcionamento.6. Para testar o motor com carga, acople-o ao freio.7. Monte o circuito conforme o diagrama a seguir.

8. Energize e desenergize o motor para verificar o sentido de rotação. Inverta osentido, se necessário.



9. Energize o motor e coloque carga até atingir a corrente nominal do motor. Faça aleitura dos instrumentos e anote o resultado na tabela a seguir na linha que indica100% de carga.

Fração Carga

%

Força (N) EL

(V)

L

(A)

P

(W)

N

(rpm)

1/4

2/4

3/4

4/4

5/4

25

50

75

100

125

10. Varie a carga nas frações indicadas na tabela do passo anterior e anote os valoresindicados pelos instrumentos.

11. Calcule o fator de potência a plena carga.12. Calcule a potência mecânica (em cv) fornecida no eixo do motor a plena carga.13. Calcule o conjugado do binário do eixo a plena carga.14. Calcule o deslizamento a plena carga.15. Calcule o rendimento do motor a plena carga.16. Na tabela a seguir, anote os valores calculados anteriormente e calcule os valores

referentes às frações de carga.

Fração Carga

%

Força (N) EL

(V)

L

(A)

P

(W)

N

(rpm)

1/4

2/4

3/4

4/4

5/4

25

50

75

100

125



17. Construa o gráfico do conjugado que o motor fornece em função da potênciamecânica.

18. Construa o gráfico da rotação assíncrona em função da potência mecânica pelarotação síncrona.

19. À medida que a carga é aumentada, o que acontece com a rotação do motor?



20. Construa o gráfico do rendimento em função da potência mecânica e o gráfico dofator de potência em função da potência mecânica.

21. Em qual instante de rotação o motor apresenta melhor rendimento?22. Com qual porcentagem de carga o motor apresenta melhor cos?23. Em qual situação o motor apresentou maior economia de energia elétrica?



24. Para testar o conjugado nominal, monte o circuito a seguir.

25. Instale o shunt nos terminais do amperímetro.

26. Energize o motor na sua tensão nominal e verifique o sentido de rotação de acordocom o dinamômetro, Inverta-o, se necessário.

27. Energize o motor e retire o shunt do amperímetro.28. Ligue o circuito do freio.29. Aumente a carga lentamente até que a corrente do motor atinja o valor nominal.30. Com o auxílio do tacômetro, meça a rpm do motor.31. Retire lentamente a carga do motor.32. Desligue o freio.33. Anote o valor da força (em N) indicado pelo ponteiro de arrasto do dinamômetro.34. Calcule o conjugado nominal no eixo do motor. Use a seguinte fórmula: Cn = F . R.35. Para realizar o teste de rotor travado, acople o disco de alumínio ao disco de

eletroímãs com o auxílio do trava-disco rotativo.36. Coloque o ponteiro de arrasto do dinamômetro no valor zero.



37. Ligue o motor a um varivolt trifásico conforme a figura a seguir.

38. Aplique alguns volts ao circuito e verifique se o sentido de rotação está correto,Corrija-o se necessário.

39. Aumente a tensão do varivolt trifásico lentamente até a corrente do motor atingir ovalor nominal.

40. Abaixe o valor do varivolt até zero e desligue-o.41. Anote o valor da força (em N) indicado pelo ponteiro de arrasto do dinamômetro.42. Retire o trava-disco rotativo.43. Calcule o valor do conjugado de partida. Use a fórmula: CP = F . r



Verificar o funcionamento demotor com rotor bobinado

Neste ensaio, você vai verificar as resistências de isolação e as resistências dosenrolamentos. Vai também determinar a tensão de rotor e medir os valores do motor eda corrente do estator.

Procedimentos1. Meça a resistência de isolação do estator.

R ( medida a _____________°C )



2. Meça a resistência de isolação do rotor.

R ( medida a _____________°C )

3. Meça e calcule a resistência dos condutores por fase de rotor.

Resistênciacalculada

ResistênciaMedida

RA = R1 + R2 =

RB = R2 + RR =

RC = R3 + R1 =

RA =

RB =

RC =



4. Monte o circuito conforme o diagrama abaixo. Adote, no motor, a correção deligação conforme a tensão disponível.

5. Ajuste o reostato para a resistência máxima (100%). Energize o motor sem carga emeça o valor de tensão ER. Anote o resultado no quadro do passo 7.

6. Diminua o valor da resistência em 50% e meça o valor e ER, da corrente do estatore a rotação. Anote o resultado no quadro do passo 7.

7. Diminua totalmente o valor da resistência, colocando o reostato em curto-circuito(fechado) e meça o valor de ER, da corrente do estator e a rpm. Anote o resultadono quadro a seguir.

Resistência

do reostato

Corrente

no estator

Tensão

no rotor

RPM

100%

50%

Fechado

8. Compare os valores anotados na tabela e descreva o funcionamento do motor erotor bobinado



Referências bibliográficas

SENAI-SP. Eletricista de manutenção Il - Eletrotécnica. Por Irandi Dutra, JoséGeraldo Belato, Regina Célia Roland Novaes. São Paulo, 1993.

222_maquinas eletricas

Documents