Máquinas
Sumário
UNIDADE IV - PARTE A ......................................................................................................................................... 3
Princípio de Funcionamento do Motor de Indução ............................................................................................. 3
Motores de Indução Trifásicos (MIT) .................................................................................................................. 3
Motores Assíncronos .......................................................................................................................................... 7
Motor Síncrono ................................................................................................................................................... 9
UNIDADE IV - PARTE B ....................................................................................................................................... 10
Partida do Motor de Indução............................................................................................................................. 10
Partida com Tensão Reduzida com Autotransformador ................................................................................... 11
Partida Estrela-Triângulo .................................................................................................................................. 13
Partida de Motor de Indução de Rotor Bobinado .............................................................................................. 14
Soft-Start (partida progressiva) ......................................................................................................................... 15
UNIDADE IV - PARTE C ....................................................................................................................................... 16
Motores de Indução Monofásicos ..................................................................................................................... 16
Motor de Fase Dividida (Split.Phase) ........................................................................................................... 18
Motor de Condensador de Partida (Capacitor-Start) .................................................................................... 19
Motor De Condensador Permanente (Permanent.Split Capacitor) .............................................................. 19
Motor Com Dois Condensadores (Two.Value Capacitor) ............................................................................ 19
Motores universais ............................................................................................................................................ 20
Motores de passo ............................................................................................................................................. 21
UNIDADE V - GERADORES CA ........................................................................................................................... 22
ALTERNADORES ............................................................................................................................................ 22
GERADORES EM PARALELO ......................................................................................................................... 23
PERDAS E EFICIÊNCIA................................................................................................................................... 24
UNIDADE VI - GERADORES CORRENTE CONTÍNUA (CC) ............................................................................... 24
COMPONENTES .............................................................................................................................................. 24
GERADOR CC SIMPLES ................................................................................................................................. 25
A – GERADOR EM DERIVAÇÃO ..................................................................................................................... 27
B – GERADOR SÉRIE ..................................................................................................................................... 28
C – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO CURTA.................................................................................. 29
D – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO LONGA ................................................................................. 30
UNIDADE VII - MOTORES CORRENTE CONTÍNUA (CC)................................................................................... 31
COMPONENTES .............................................................................................................................................. 31
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR ............................................................................................ 32
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA ...................................................................................................... 32
Motores CC....................................................................................................................................................... 33
TORQUE .......................................................................................................................................................... 34
TIPOS DE MOTORES ...................................................................................................................................... 35
A – MOTOR EM DERIVAÇÃO ..................................................................................................................... 35
B – MOTOR SÉRIE...................................................................................................................................... 36
C – MOTOR COMPOSTO ........................................................................................................................... 37
Questionário .......................................................................................................................................................... 39
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Máquinas
UNIDADE IV - PARTE A
Princípio de Funcionamento do Motor de Indução
O dispositivo apresentado na figura 1 será utilizado para demonstrar o princípio de funcionamento de um motor
de indução. Este dispositivo consiste de um imã suspenso por um fio. Sob o imã um disco de cobre ou alumínio
está apoiado sob um mancal que está por sua vez apoiado em uma placa de ferro. Neste dispositivo o campo do
imã permanente completa-se através do conjunto disco-placa de ferro.
Figura 1 - Princípio de Funcionamento do Motor de Indução
A medida que o imã girar o disco irá acompanhá-lo. Este fato se deve às correntes parasitas que aparecerão no
disco devido a seu movimento relativo em relação ao campo magnético. Lei de Lenz explica o sentido contrário
da tensão induzida (e conseqüentes correntes parasitas) que irá produzir o campo que tenderá a se opor a força,
ou seja, ao movimento que produziu a tensão induzida. Estas correntes parasitas tenderão a criar sob o polo N
do imã um polo S no disco e sob o polo S do imã um polo N no disco. Enquanto durar o movimento, que produz
as correntes parasitas, estes pólos serão criados no disco. O disco desta maneira irá girar no mesmo sentido do
imã pela atração existente entre estes pares de pólos que tenderão a alinhar-se.
Um fato extremamente importante é que o disco irá girar a uma velocidade menor que a do imã, pois caso
contrário não existiria movimento relativo entre o imã e o disco e como conseqüência não existiriam as correntes
parasitas nem os pólos, nem o movimento do disco e nem o torque. Desta forma, o disco deve escorregar em
velocidade para que se produza torque.
A diferença de velocidade que existe entre a velocidade síncrona do campo magnético girante e a velocidade um
pouco menor na qual gira o disco é chamada de escorregamento (s), e é normalmente expressa em
porcentagem.
Motores de Indução Trifásicos (MIT)
Um motor de indução é composto basicamente de duas partes: um Estator e um Rotor. O estator constitui a
parte estática de um motor e o rotor sua parte móvel.
O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as
perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista
frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos que deverão criar um campo magnético no estator.
O rotor, composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente como o estator, tem também o
formato de um anel (vista frontal), com os enrolamentos alojados longitudinalmente.
O motor de indução é o motor de construção mais simples. Estator e rotor são montados solidários, com um eixo
comum aos “anéis” que os compõem. A aplicação de uma tensão nos enrolamentos do estator irá fazer com que
apareça uma tensão nos enrolamentos do rotor. Assim o estator pode ser considerado como o primário de um
transformador e o rotor como seu secundário. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. A
figura 2 apresenta esquematicamente um MIT.
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Máquinas
Figura 2 – Máquina de indução
Conforme se pode observar na figura 2, no estator de uma MIT os enrolamentos, ou bobinas, são em número de
três. Estas bobinas, alojadas nas ranhuras do estator, podem ser ligadas em estrela ou triângulo.
No rotor os enrolamentos, enrolados longitudinalmente a seu eixo, podem ser realizados de duas maneiras, o
que dá origem a dois tipos de rotor:
Rotor Gaiola de Esquilo: tipo mais comum, tem no rotor os condutores da bobinas curto-circuitados em cada
terminal por anéis terminais contínuos (figura 3a).
Rotor Bobinado: neste tipo de rotor, condutores de cobre que formam uma bobina são colocados em diversas
ranhuras (usualmente isolados do núcleo) e podem, no caso de existirem três bobinas, ser ligado em estrela ou
triângulo. Neste caso, cada terminal do enrolamento trifásico é ligado a anéis coletores que são isolados do eixo
do rotor. Usualmente um resistor trifásico equilibrado variável é ligado aos anéis coletores através de escovas a
fim de variar a corrente na partida (figura 3b).
(a)
(b)
Figura 3 – Rotor gaiola de esquilo e bobinado
Algumas vezes a máquina tipo gaiola é chamada de máquina sem escovas e a máquina com rotor bobinado é
chamada de máquina de anéis.
Rotor em gaiola de esquilo
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Máquinas
Rotor de gaiola simples.
Os condutores são colocados em cavas paralelamente ao veio da máquina. Estes condutores encontram-se
curto-circuitados em cada extremidade por um anel condutor. O conjunto do material condutor tem o aspecto de
uma gaiola de esquilo, donde deriva o nome dado a este tipo de rotor. Em certos tipos de rotores a gaiola é
inteiramente moldada, constituindo o conjunto um dispositivo extraordinariamente robusto. Os condutores podem
ser de cobre ou de alumínio. O alumínio sob pressão é frequentemente utilizado. Junto os anéis que os curtocircuitam.
Como será visto mais à frente, estes motores podem ter um binário de arranque de fraca intensidade. A corrente
absorvida nesta situação é várias vezes superior à corrente nominal.
Rotor de gaiola dupla.
Este tipo de rotor comporta duas gaiolas concêntricas. A gaiola exterior é construída para ter uma resistência
suficientemente elevada de modo a permitir um bom binário de arranque, enquanto que a gaiola interior é
constituída por uma resistência baixa de modo a garantir um bom rendimento em funcionamento nominal. Como
será visto mais à frente, no arranque funcionará essencialmente a gaiola exterior, enquanto que na situação
normal será a gaiola interior a funcionar. O grande benefício que se obtém da utilização de motores deste tipo
consiste no aumento do binário de arranque. Consegue-se também uma ligeira diminuição do valor da corrente
de arranque.
Rotor de gaiola de barras profundas.
Este tipo de rotor tem o aspecto da gaiola simples, embora as barras que constituem o seu enrolamento sejam
de considerável profundidade. As suas características de arranque são análogas às do rotor de gaiola dupla.
Enrolamentos do rotor em gaiola.
A construção mais simples consiste em montar os condutores do rotor nas respectivas cavas e curto-circuitá-las
por intermédio de dois anéis, um em cada topo. Frequentemente este enrolamento é obtido vazando alumínio no
núcleo do rotor, montado num molde, moldando-se ao mesmo tempo as alhetas destinadas à ventilação.
Como os condutores estão curto-circuitados permanentemente, não há necessidade de os isolar.
Figura 6 - Várias formas possíveis para as barras das gaiolas.
A figura 6 apresenta algumas formas dos condutores (definidos pela forma da respectiva cava) tanto para
máquinas de gaiola simples como de gaiola dupla, bem ainda como de barras profundas.
Motor de rotor bobinado
O motor de rotor bobinado difere do motor de rotor em gaiola de esquilo apenas no que se refere ao rotor. O
rotor é constituído por um núcleo ferromagnético laminado sobre o qual são alojadas as espiras que constituem o
enrolamento trifásico, geralmente dispostas em forma estrela. Os 3 terminais livres de cada uma das bobinas do
enrolamento trifásico são ligados a 3 anéis coletores. Esses 3 anéis coletores são ligados externamente a um
reostato de arranque formado por 3 resistências variáveis, ligadas também em estrela. Deste modo os
enrolamentos do rotor também ficam em circuito fechado.
A função do reostato de arranque, é de reduzir as correntes de arranque elevadas, no caso de motores de
elevada potência.
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Máquinas
A medida que o motor vai ganhando velocidade, as resistências vão sendo progressivamente retiradas do
circuito até ficarem curto-circuitadas, quando o motor passa a funcionar no seu regime nominal. Dessa forma, o
motor de rotor bobinado também funciona com os elementos do rotor em curto-circuito ( tal como o motor com
rotor em gaiola de esquilo ).
O motor de indução de rotor bobinado substitui o de rotor em gaiola de esquilo em potências muito elevadas
devido ao abaixamento da corrente de arranque permitida pela configuração do rotor.
Apesar de ser utilizado em casos onde as velocidades de serviço são constantes, é preferencialmente aplicado
em velocidades de serviço variáveis.
Enrolamentos de Campo
Quanto ao enrolamento de campo, encontramos dois tipos:
Motores de enrolamento de campo com três bobinas, mais conhecido como de 6 terminais que podem ser
ligadas da seguinte forma:
A ligação para 220 V deverá ser triângulo
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
A ligação para 380 V deverá ser estrela
Motores de enrolamento de campo com seis bobinas, mais conhecido como de 12 terminais.
A ligação para 220 V deverá ser duplo triângulo e a ligação para 760 V deverá ser uma estrela com bobinas em
série.
220V
760V
6
1
2
3
1
2
3
4
5
6
4
5
6
7
8
9
7
8
9
10
11
12
10
11
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A ligação para 380 V deverá ser em dupla estrela e a ligação para 440 V um delta com as bobinas em série.
380 V
440 V
1
2
3
1
2
3
4
5
6
4
5
6
7
8
9
7
8
9
10
11
12
10
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Motores Assíncronos
Alguns motores de corrente alternada têm rotores que não são quer imãs permanentes quer eletroímãs
convencionais. Estes rotores são feitos de metais não-magnéticos, como o alumínio, e não têm nenhuma
conexão elétrica. Todavia, o isolamento elétrico deles não os impede de ficarem 'magnetizados' ou 'imantados'.
Quando um rotor feito de alumínio é exposto a campos magnéticos alternados, correntes elétricas começam a
fluir por ele e estas correntes induzidas tornam o rotor magnético.
Esse é um fenômeno básico do eletromagnetismo denominado indução eletromagnética. Tais motores, que
usam desse fenômeno para tornarem seus rotores magnetizados, são chamados de 'motores A.C de indução'.Os
motores de indução são provavelmente o tipo o mais comum de motor de C. A., comparecendo em muitos
eletrodomésticos (ventiladores, motores de toca-discos etc.) e aplicações industriais. Fornecem bom torque,
começam facilmente a girar, e são baratos. Um motor de indução trabalha ' movendo' um campo magnético em
torno do rotor --- o denominado 'campo magnético girante'. O estator que cerca o rotor contem eletroímãs
sofisticado.
O estator não se movimenta, mas sim o campo magnético que ele produz! Com um uso inteligente de vários
recursos eletromagnéticos (espiras de curto circuito, capacitores etc.), o estator pode criar pólos magnéticos de
que se deslocam em um círculo e se movimenta em torno do rotor. Na ilustração abaixo, o pólo norte do estator
'gira' no sentido anti-horário em torno do rotor.
Nos motores CA podemos distinguir três velocidades importantes que influem no funcionamento e
características dos motores, a saber:
Velocidade síncrona ( Ns) = é a velocidade do campo magnético rotativo existente no campo indutor.
Velocidade do rotor (Nr) = é a velocidade desenvolvida pelo rotor e pelo eixo do motor, pois este está preso ao
rotor.
Velocidade de escorregamento (N) = é a diferença entre as velocidades síncrona e a que o rotor está girando.
As velocidades dos motores na prática são medidas em RPM ( rotações por minuto ).
- Motores Assíncronos são aqueles cuja velocidade do rotor não é síncrona com a freqüência da rede CA.
Nr < Ns
Ns= 120f / P N= Ns - Nr
S = ((Ns-Nr)/Ns) x 100
Ex: um motor de 2 pólos ligado a uma rede 60Hz tem em seu rotor girando a 3550 rpm, teremos:
Nr = 3550 rpm, Ns= 120x60/2= 3600 rpm logo,
S = (3600-3550)/3600 = 0,0138 x 100= 1,38 % de escorregamento percentual.
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Máquinas
Quando um motor assíncrono está em vazio o escorregamento é baixo, porque Nr se aproxima de Ns. Quando
se aplica carga no eixo do motor o escorregamento aumenta.
À primeira vista, as máquinas de indução podem ser também consideradas como máquinas de excitação única,
porque são aplicadas a seu estator apenas tensões alternadas polifásicas. Mostraremos, contudo, que uma
tensão alternada de freqüência variável é induzida no seu rotor, da mesma maneira que se induz uma tensão
alternada, por ação transformadora, num secundário de um transformador.
A máquina de indução, conseqüentemente, é uma máquina de dupla excitação, na qual uma tensão alternada
CA é aplicada a ambos os enrolamentos, ao do estator (armadura) e ao do rotor . A tensão aplicada ao
enrolamento da armadura é uma tensão de excitação de freqüência (normalmente) constante e de potencial
também (normalmente) constante, suprida por um barramento polifásico ou monofásico, da mesma maneira que
nas máquinas síncronas. A tensão aplicada ao rotor é uma tensão induzida de freqüência e potencial variáveis,
produzida como conseqüência da velocidade do rotor com relação à velocidade síncrona.
De todos os tipos de motores estudados até agora (motores CC e motores polifásicos CA síncronos), o motor de
indução de gaiola de esquilo é o mais simples no aspecto construtivo. Não tem comutador, nem anéis coletores,
nem quaisquer contatos movéis entre o rotor e o estator. Este tipo de construção leva a muitas vantagens,
inclusive a uma operação isenta de manutenção, indicando-se sua aplicação em localizações remotas, e sua
operação em situações severas de trabalho onde a poeira e outros materiais abrasivos sejam fatores a serem
considerados. Por esta razão, é correntemente o motor de CA polifásico mais largamente utilizado.
Enquanto o motor de indução é talvez o mais simples de todos os motores, sob o ponto de vista de operação e
trabalho, a teoria de sua operação é bastante sofisticada.
É devido à ação geradora que ocorre, produzindo correntes e um resultante campo magnético oposto, que o
motor de indução pode ser classificado como uma máquina duplamente excitada. Além disso, como em todas as
máquinas, enquanto o torque eletromagnético é o resultado da interação entre os campos magnéticos
produzidos pelas duas correntes de excitação, ocorre simultaneamente uma ação geradora. No motor síncrono
CA, ocorriam a ação-motor e a ação geradora à velocidade síncrona do campo magnético girante. No motor de
indução CA, nem a ação-motor nem a ação-gerador poderão ocorrer à velocidade síncrona. Por isso, as
máquinas que funcionam sob o princípio de indução são classificadas como assíncronas ou não síncronas.
O torque desenvolvido na situação de motor parado para cada um dos condutores individuais no rotor pode ser
expresso em função do fluxo ou corrente (que produz o fluxo), no estator e no rotor, respectivamente, como:
T= k t x Φ x Ir x cos Φr
Como um princípio unificante, o torque desenvolvido em cada condutor de ums máquina duplamente excitada é
proporcional a Φ1 Φ2 cos Φ, onde Φ1 Φ2 representam os fluxos resultantes produzidos pelas duas tensões de
excitação, e Φ é o ângulo entre os fluxos. Assim, o torque é produzido pela repulsão ou atração de dois campos
magnéticos. Este princípio, portanto, é igualmente verdadeiros para instrumentos eletrodinamométricos e para
alto-falantes dinâmicos.
onde Kt
Φ
Ir cos Φr
é uma constante de torque para o número de pólos, o enrolamento,
as unidades empregadas, etc.
é o fluxo produzido por cada pólo unitário do campo magnético
girante que concatena o condutor do rotor.
é a componente da corrente do rotor em fase com Φ.
CORRENTE NOMINAL
Quanto a corrente nominal no motor podemos determinar como sendo:
Para motores monofásicos
I = P(cv) x 736 (A)
V x η x cos θ
Para motores trifásicos
I = P(cv) x 736 .(A)
1,73 x V x η x cos θ
onde:
P(cv) – potência do motor em CV, sendo convertida para W
V – tensão nominal, Volts
η - rendimento do motor
cos θ - fator de potência do motor
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Máquinas
Motor Síncrono
O motor síncrono não tem inerentemente torque de partida, isto é, não parte por si mesmo sem um enrolamento
de compensação.
Como os motores de indução, os motores síncronos possuem enrolamentos no estator que produzem o campo
magnético girante, mas, o circuito do rotor de um motor síncrono é excitado por uma fonte de corrente contínua
proveniente de uma excitatriz, que é um pequeno gerador de corrente contínua.
O motor síncrono não tem partida própria, necessitando, portanto, que o rotor seja arrastado até a velocidade
síncrona por um meio auxiliar. Existem motores em que a partida é dada por condutores em gaiolas embutidos
na face dos polos do rotor. Inicia-se a partida como motor de indução e no momento certo excita-se os polos do
rotor e o motor entra em sincronismo.
Entre as vantagens dos motores síncronos, em relação aos de indução, está o fato de que o entreferro nas
máquinas síncronas é maior. O enrolamento de indução do rotor desenvolve, portanto, durante a partida uma
relação razoavelmente grande de sua reatância para sua para sua resistência. Embora isso possa resultar em
maiores correntes de partida e menores fatores de potência para o desenvolvimento do mesmo torque, ou
mesmo de um torque menor, o fato resulta em melhor velocidade de escorregamento a vazio do motor síncrono.
O motor síncrono parte e funciona à velocidade síncrona ou a uma velocidade próxima dela, através dos
enrolamentos amortecedores que propiciam uma partida como a de um motor de indução.Operação: Durante o
período transitório, quando se acelera um motor síncrono, como se ele fosse motor de indução, teremos uma
corrente de armadura circulando no enrolamento do estator.
Está corrente que estará sendo limitada essencialmente pela tenção induzida e pela corrente circulante nas
barras de enrolamento amortecedor do rotor, por ação-transformador. Quando se energiza o campo cc(e o rotor
entra em sincronismo), por outro lado, o fluxo do motor induz nos condutores do estator uma tensão CA. Uma
vez que o motor síncrono está em paralelo com o barramento, a corrente que o motor solicita da rede, como
resultado da ação-motor, é uma corrente sincronizante, requerendo-se, portanto, uma potencia sincronizante
para manter o seu motor em sincronismo com a frequência de rotaçao do fluxo do estator.
O motor síncrono AC usa eletroímãs como estatores para fazer
girar o rotor que é um ímã permanente. O rotor gira com freqüência igual ou múltipla daquela da AC aplicada.
Este motor é essencialmente idêntico a um gerador elétrico; realmente, geradores e motores têm configuração
bastante próximas. Um gerador usa do trabalho mecânico para produzir a energia elétrica enquanto que um
motor usa a energia elétrica para produzir trabalho mecânico.
O rotor, na ilustração acima, é um ímã permanente que gira entre dois eletroímãs estacionários. Como os
eletroímãs são alimentados por corrente alternada, seus pólos invertem suas polaridades conforme o sentido da
corrente inverte. O rotor gira enquanto seu pólo norte é 'puxado' primeiramente para o eletroímã esquerdo e
'empurrado' pelo eletroímã direito.
Cada vez que o pólo norte do rotor está a ponto de alcançar o pólo sul de um eletroímã estacionário, a corrente
inverte e esse pólo sul transforma-se um pólo norte. O rotor gira continuamente, terminando uma volta para cada
ciclo da corrente alternada. Como sua rotação é perfeitamente sincronizada com as reversões da C.A, este
motor é denominado 'motor elétrico síncrono da C. A.'. O motor da bomba d'água de máquinas de lavar roupa,
por exemplo, são desse tipo. Os motores de C.A síncronos são usados somente quando uma velocidade angular
constante é essencial para o projeto.
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Máquinas
Entretanto, os motores síncronos ilustram um ponto importante sobre motores e geradores: são,
essencialmente, os mesmos dispositivos. Se você conectar um motor C.A síncrono à rede elétrica domiciliar e o
deixar girar, extrairá energia do circuito elétrico e fornecerá trabalho mecânico. Mas, se você ligar uma lâmpada
incandescente no cordão de força que sai desse mesmo motor e girar bem rapidamente seu rotor (com um
sistema de rodas acopladas e manivela), gerará 'eletricidade' e a lâmpada acenderá.
UNIDADE IV - PARTE B
Partida do Motor de Indução
Embora haja algumas exceções, de uma maneira geral, um motor de indução requer aproximadamente seis
vezes a sua corrente nominal para partida a tensão nominal. Na maioria das utilizações, residenciais ou
industriais, pequenos motores de indução do tipo gaiola, de baixa potência, podem partir com ligação direta à
rede, sem que se verifiquem quedas na tensão de suprimento e sem que se verifique no motor um grande
aumento do período de aceleração, desde o repouso, até sua velocidade nominal.
Pelos elevados valores das correntes de partida as concessionárias de energia responsáveis pelo fornecimento
de energia residencial e comercial estabelecem limites de potência para a partida a plena carga de grandes
motores. Deve-se portanto utilizar sistemas de partida visando a diminuição da corrente de partida. No meio
industrial, a adoção de um sistema de partida eficiente envolve considerações quanto à capacidade da
instalação, requisitos da carga a ser considerada, além da capacidade do sistema gerador. As próximas seções
apresentam os principais métodos de partida utilizados com MITs.
Partida direta
É o modo de partida mais simples, com o estator ligado diretamente à rede. O motor parte com as suas
características naturais. No momento da colocação em funcionamento, o motor comporta-se como um
transformador em que o secundário, constituído pela gaiola do rotor, muito pouco resistiva, está em curtocircuito. A corrente induzida no rotor é elevada. Sendo as correntes primária e secundária sensivelmente
proporcionais, o pico de corrente resultante é elevado; I partida = 5,0 a 7,5 I nominal.
O conjugado de partida é, em média; C partida = 0,5 a 1,5 C nominal. Apesar das suas vantagens (aparelhagem
simples, conjugado de partida elevado, partida rápida, preço baixo), a partida direta só é interessante nos casos
em que:
a potência do motor é baixa, relativamente à potência disponível na rede, de modo a limitar as perturbações
originadas pelo pico de corrente,
necessita de uma aceleração progressiva e está equipada com um dispositivo
mecânico (redutor, por exemplo) que evita uma partida muito rápida,
r o bom funcionamento de outros aparelhos ligados ao mesmo circuito,
provocado pela queda de tensão que ela causa,
o conforto ou a segurança dos usuários sejam considerados (caso das escadas rolantes, por exemplo), torna-se
necessário utilizar um artifício para diminuir a corrente exigida ou o conjugado de partida. O processo mais usado
consiste em partir o motor sob tensão reduzida.
De fato, uma variação da tensão de alimentação tem as seguintes conseqüências: na corrente de partida varia
proporcionalmente à tensão de alimentação, n o conjugado de partida varia proporcionalmente ao quadrado da
tensão de alimentação. Exemplo: se a tensão for dividida por √3, a corrente é sensivelmente dividida por √3, e o
conjugado é dividido por 3.
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Máquinas
Partida com Tensão Reduzida com Autotransformador
Motores de indução trifásicos de tipo gaiola podem arrancar com tensão reduzida usando um único
autotransformador (ou autocompensador) trifásico ou três transformadores trifásicos como mostra a figura 4. Os
taps do autotransformador variam de 50 a 80% da tensão nominal. A chave tripolar de duas posições é colocada
na posição de “partida” e deixada lá até que o motor tenha acelerado a carga até aproximadamente a velocidade
nominal, sendo então imediatamente levada à posição “funcionamento”, aplicando-se a tensão total da rede.
Figura 4 – Partida com tensão reduzida através de autotransformador
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Máquinas
O motor é alimentado a tensão reduzida através de um autotransformador, que é desligado do circuito no final da
partida.
A partida é feita em três tempos:
No primeiro tempo, o autotransformador é ligado primeiro em estrela e em seguida o motor é ligado à rede, por
intermédio de uma parte dos enrolamentos do autotransformador. A partida é feita com uma tensão reduzida,
que é função da relação de transformação. O autotransformador está geralmente equipado com derivações, que
permitem escolher a relação de transformação e, portanto, o valor da tensão reduzida mais apropriado. Antes de
passar à ligação a tensão plena, a ligação em estrela é aberta. A fração do enrolamento ligada à rede constitui
então uma indutância ligada em série como o motor. Esta operação é realizada quando se atinge a velocidade
de equilíbrio, no final do primeiro tempo.
A ligação à plena tensão é feita após o segundo tempo, que geralmente é muito curto (uma fração de segundo).
As indutâncias ligadas em série com o motor são curto-circuitadas e em seguida o autotransformador é
desligado do circuito. A corrente e o conjugado de partida variam nas mesmas proporções. Dividem-se por (U
rede / U reduzida)2. Obtêm-se os seguintes valores:
Ia = 1,7 a 4 I partida direta
Ca = 0,5 a 0,85 C partida direta
A partida é feita sem interrupção da corrente no motor. Assim, evitam-se os fenômenos transitórios resultantes
da interrupção. Podem, no entanto, produzir-se fenômenos transitórios da mesma natureza no momento da
ligação à tensão plena, se não forem tomadas certas precauções. De fato, o valor da indutância ligada em série
com o motor após a abertura da ligação estrela é elevado, relativamente ao do motor. Daí resulta uma queda de
tensão elevada, que provoca um pico de corrente transitória no momento da ligação a plena tensão. Para evitar
este inconveniente, no circuito magnético do autotransformador existe um entreferro, cuja presença dá lugar a
uma diminuição do valor da indutância. Este valor é calculado de tal modo que, no momento da abertura da
ligação estrela, no segundo tempo, não há variação de tensão nos terminais do motor.
A presença do entreferro tem como conseqüência um aumento da corrente magnetizante do autotransformador,
que aumenta a corrente exigida na rede durante o primeiro tempo de arranque. Este modo de partida é
geralmente utilizado para motores com potência superior a 10 kW. Implica, no entanto, no emprego de
equipamentos relativamente caros, devido ao preço elevado do autotransformador.
12
Máquinas
Partida Estrela-Triângulo
Em termos de simplicidade e custo, esta é a maneira mais conhecida de partida de um motor de indução. Para
que se possa aplicar este método é necessário que o motor permita o acesso a seus terminais das bobinas do
estator, de tal forma que seja possível efetuar-se a conexão estrela durante a partida, e delta na operação.
Quando ligadas em estrela, a tensão imposta à cada bobina é reduzida em 1/3, ou seja, 57,7 % da tensão da
linha. Assim, por meio de chaves como mostra a figura 10, é possível fazer partir um motor de indução em
estrela, com pouco mais da metade da tensão nominal aplicada à cada bobina e posteriormente funcionar em
delta com toda a tensão de linha. A corrente de linha para a partida fica reduzida a 1/3 da corrente nominal. O
chaveamento da posição estrela para a posição delta deve ser feito tão rapidamente quanto possível para
eliminar grandes correntes transitórias devidas a perda momentânea de potência.
Este processo de partida só pode ser utilizado num motor em que as duas extremidades de cada um dos três
enrolamentos estatóricos estejam ligadas à placa de terminais. Por outro lado, o enrolamento deve ser feito de
tal modo que a ligação triângulo corresponda à tensão da rede; por exemplo, para uma rede trifásica de 380 V, é
necessário um motor bobinado em 380V triângulo e 660 V estrela.
O princípio consiste em partir o motor ligando os enrolamentos em estrela à tensão da rede, o que é o mesmo
que dividir a tensão nominal do motor em estrela por √3 (no exemplo dado acima, tensão da rede 380 V = 660 V/
√3).
O pico de corrente de partida é dividida por 3: Ia = 1,5 a 2,6 I partida direta Efetivamente, um motor 380 V/ 660 V
ligado em estrela à tensão nominal de 660 V absorve uma corrente √3 vezes menor do que em ligação triângulo
a 380 V. Sendo a ligação estrela feita a 380 V, a corrente é novamente dividida por √3, logo, no total, por 3.
Uma vez que o conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão de alimentação, ele próprio também
é dividido por 3: Ca = 0,2 a 0,5 C partida direta.
A velocidade do motor estabiliza quando os conjugados motor e resistente se equilibram, geralmente entre 75 e
85% da velocidade nominal. Os enrolamentos são então ligados em triângulo e o motor recupera as suas
características nominais. A passagem da ligação estrela à ligação triângulo é controlada por um temporizador. O
fechamento do contator triângulo se dá com um atraso de 30 a 50 milisegundos após a abertura do contator
estrela, o que evita um curto-circuito entre fases, uma vez que os dois contatores não podem ficar fechados
simultaneamente. A corrente que atravessa os enrolamentos é interrompida pela abertura do contator estrela.
Volta a estabelecer-se quando o contator triângulo fecha. Esta passagem para triângulo fecha. Esta passagem
para triângulo é acompanhada de um pico de corrente transitória muito curto, mas muito elevado, devida à força
contra-eletromotriz do motor.
A partida estrela-triângulo é indicada para as máquinas que tem baixo conjugado resistente, ou que partem em
vazio. Em virtude do regime transitório no momento da ligação triângulo, pode ser necessário, acima de uma
determinada potência, utilizar uma variante para limitar estes fenômenos transitórios: n temporização de 1 a 2
segundos na passagem estrela-triângulo.
Esta temporização permite uma diminuição da força contra-eletromotriz, logo do pico de corrente transitória.
Esta variante só pode ser utilizada se a máquina tem inércia suficiente para evitar uma desaceleração excessiva
durante a temporização.
13
Máquinas
n partida em 3 tempos: estrela-triângulo+resistência-triângulo. O desligamento subexiste, mas a resistência,
ligada em série durante cerca de três segundos com os enrolamentos ligados em triângulo, reduz o pico de
corrente transitória. n partida estrela-triângulo+resistência-triângulo sem desligamento. A resistência é ligada em
série com os enrolamentos, imediatamente antes da abertura do contator estrela. Evita-se assim a interrupção da
corrente e, portanto o aparecimento de fenômenos transitórios. A utilização destas variantes exige a aplicação de
componentes suplementares, o que pode ter como conseqüência um aumento considerável do custo de
instalação. A utilização de um dispositivo estático do tipo Altistart pode ser, em muitos casos, uma boa solução.
Partida de Motor de Indução de Rotor Bobinado
O torque de partida do motor de indução de rotor bobinado pode ser ajustado por meio de resistências externas
associadas ao circuito do rotor, ou seja através da conexão de resistores variáveis em série com cada bobina do
rotor. Limitando-se a corrente no circuito do rotor, com torque adequado no instante da partida, a corrente de
linha no estator é consideravelmente reduzida. A figura 11 mostra um esquema de tal motor, sem os anéis
coletores e com os detalhes do sistema de controle composto de resistências.
Na posição “desligado”, mesmo com o motor energizado, o rotor não gira devido ao circuito do rotor estar aberto.
O motor arranca ao primeiro contato da chave com a posição de máxima resistência. O motor irá acelerar na
medida em que a manopla move-se no sentido horário, diminuindo-se a resistência do rotor. Na posição final, o
rotor é completamente curto-circuitado. Se o dispositivo for projetado de tal modo que as resistências
permaneçam no circuito, o dispositivo de partida pode servir também como controlador de velocidade.
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Máquinas
Soft-Start (partida progressiva)
A alimentação do motor, quando é colocado em funcionamento, é feita por aumento progressivo da tensão, o
que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de corrente. Este resultado obtém-se por intermédio de um
conversor com tiristores, montados 2 a 2 em cada fase da rede. A subida progressiva da tensão de saída pode
ser controlada pela rampa de aceleração ou dependente do valor da corrente de limitação, ou ligada a estes dois
parâmetros. Um conversor estático do tipo Altistart é um regulador com 6 tiristores, que é utilizado para partida e
parada progressivas de motores trifásicos de rotor em curto-circuito.
Assegura: no controle das características de funcionamento, principalmente durante os períodos de partida e
parada, na proteção térmica do motor e do controlador, na proteção mecânica da máquina movimentada, por
supressão dos golpes e redução da corrente de partida. Permite partir todos os motores assíncronos. Pode ser
curto-circuitado no final da partida por um contator, mantendo o controle do circuito de comando.
Além do controle da partida, permite ainda: nova desaceleração progressiva, na parada com frenagem.
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Máquinas
UNIDADE IV - PARTE C
Motores de Indução Monofásicos
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados diretamente
a uma fonte monofásica. Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução
polifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas e em
zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW). Entre os vários tipos de
motores elétricos monofásicos, os motores com rotor tipo gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e,
principalmente, pela robustez, confiabilidade e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de
alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético
pulsante. Isto impede que tenham binário de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos
magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se
enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia,
permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque. Os motores monofásicos são classificados
em motores comutadores, motores de indução ou motores síncronos, conforme o método usado para lhes dar a
partida, da seguinte forma:
Motor comutador.
-motor ca em série (ou universal série).
-motor de repulsão.
Motor de indução
-motores de fase dividida.
Motor com capacitor de partida.
Motor com capacitor.
Motor de indução com partida de repulsão.
-motor com pólo sombreado.
Motor síncrono.
Motor comutador.
Motor ca série.
Quando um motor comum cc série é ligado a uma fonte de alimentação ca, a corrente retirada pelo motor é baixa
em virtude da alta impedância do campo em série. Disto resulta um baixo torque de rotação. Para se reduzir à
reatância do campo ao mínimo, os motores ca série são construídos com o menor número de espiras possível. A
reação da armadura é superada utilizando-se enrolamentos compensadores nas peças polares.
As características de funcionamento são semelhante ás dos motores série. A velocidade aumenta até um valor
alto com a diminuição da carga. O torque é alto para correntes altas da armadura, de modo que o motor tenha
um bom torque de partida. Os motores ca série funcionam com maior eficiência em baixas freqüências. Alguns
deles, de maiores dimensões, usados em locomotivas, funcionam em 25hz ou menos. Entretanto, são projetados
modelos menores com potência de fração de cavalo-vapor (cv), para funcionar em 50hz ou 60hz.
Motor de repulsão.
O motor de repulsão tem uma armadura e um comutador semelhante ao do motor cc. Entretanto, as escovas não
estão ligadas à fonte de alimentação, mas estão curto-circuitadas. Os enrolamentos do estator produzem uma
corrente nos enrolamentos do rotor por indução. Está corrente produz pólos magnéticos no rotor. A orientação
desses pólos depende da posição das escovas. A interação do campo do rotor com o campo do estator cria o
torque do motor. O motor de repulsão tem um alto torque de partida e alta velocidade com cargas leves.
Ele é usado onde se espera cargas pesadas de partida.
Motor de indução.
O motor de indução monofásico não tem partida própria. O campo magnético criado no estator de alimentação
ca permanece alinhado num sentido. Este campo magnético, embora estacionário, pulsa com a onda seno da
tensão. Este campo pulsante induz uma tensão nos enrolamentos do rotor, mas o campo do rotor só pode se
alinhar com o campo do estator.
Com estes dois campos em linha reta, não aparece nenhum torque. É necessário então fazer o rotor girar
através de algum dispositivo auxiliar. Uma vez atingida a rotação do rotor com velocidade suficiente, a interação
entre os campos do rotor e do estator manterá a rotação. O rotor continuará a aumentar a velocidade, tentando
engatar na velocidade de sincronismo. Finalmente, ele atingirá uma velocidade de equilíbrio igual à velocidade
de sincronismo menos o escorregamento.
16
Máquinas
Motor de fase dividida.
Se dois enrolamentos do estator de impedâncias diferentes estiverem separados de 90 graus elétricos, mas
ligados em paralelo a uma fonte monofásica, o campo produzido parece girar. Este é o principio da divisão de
fase.
No motor de fase dividida o enrolamento da partida ou auxiliar tem uma resistência mais alta e uma reatância
mais baixa do que a do enrolamento principal. Quando a mesma tensão(v t) é aplicada aos dois enrolamentos, a
corrente no enrolamento principal(im) segue atrás da corrente no enrolamento da partida (is). O ângulo  entre o
enrolamento principal e da partida constitui uma diferença de fase suficiente para fornecer um campo magnético
rotativo fraco que dá para produzir o torque de partida. Quando o motor atinge uma velocidade predeterminada,
geralmente 70 a 80 por cento da velocidade de sincronismo, uma chave centrifuga montada sobre o eixo do
motor se abre, desligando assim o enrolamento da partida.
Pelo fato de ter um baixo torque de partida, esse tipo de motor é amplamente usado para cargas com partida
relativamente fácil. Freqüentemente ele é usado em dimensões maiores do que1/3 hp. As aplicações mais
comuns incluem as maquinas de lavar e ferramentas de marcenaria.
Motor com capacitor de partida.
Colocando-se um capacitor em série com o enrolamento de partida de um motor de fase dividida, pode-se
melhorar as características da partida. Pode-se fazer a corrente do enrolamento da partida seguir adiante da
tensão.
Pode-se fazer  aproximadamente 90º, o que resulta num torque de partida mais alto. Este motor também
emprega uma chave centrífuga para desligar o enrolamento de partida. Portanto, o capacitor fica no circuito
somente durante o período da partida.
Motor com capacitor.
O motor com capacitor funciona com um enrolamento auxiliar e um capacitor em série permanentemente ligado
à linha. A capacitância em série pode ser de um valor para a partida e outro valor para a rotação.À medida que o
motor gira aproximando-se da velocidade de sincronismo, a chave centrífuga desliga uma seção do capacitor.
Motor de indução com partida por repulsão.
Como um motor cc, o rotor do motor de indução com partida por repulsão possui enrolamentos ligados a um
comutador. As escovas da partida fazem contato com o comutador de modo que o motor parte como um motor
de repulsão. À medida que o motor se aproxima da velocidade máxima, um dispositivo centrífugo curto-circuita
todos os segmentos do comutador, de modo que ele funcione como um motor de indução. Este tipo de motor é
construído em dimensões que variam de ½ a 15 hp e é usado em aplicações que exigem um alto torque de
partida.
Motor de pólo sombreado ou pólo fendido.
Produz-se um pólo sombreado através de uma bobina de curto-circuito enrolada em torno de uma parte de cada
pólo do motor. A bobina é formada geralmente por uma única cinta ou faixa de cobre. O efeito dessa bobina é o
de produzir um pequeno movimento de varredura do fluxo do campo de um lado ao outro da peça polar à medida
que o campo pulsa.
Esse ligeiro desvio do campo magnético produz um pequeno torque de partida. Portanto, os motores de pólo
sombreado possuem partida própria. À medida que o campo aumenta na peça polar é induzida uma corrente na
bobina de sombreamento. Esta corrente produz um campo magnético que se opõe ao campo principal. O campo
principal se concentra, portanto, do lado oposto das peças polares. À medida que o campo começa a diminuir o
campo da bobina de sombreamento se somará ao campo principal. Essa concentração de fluxo desloca-se então
para a outra borda da peça polar. Esse método de partida de motores é usado em motores muito pequenos, até
cerca de 1/25 hp, para girar pequenos ventiladores, aparelhos domésticos pequenos e relógios.
Motor síncrono
Existem vários tipos de motores que trabalham em relógios elétricos, em pratos de toca discos e outros
dispositivos que exigem precisão na rotação. Um tipo é chamado de motor síncrono de warren. Sua partida é
dada utilizando-se bobinas de sombreamento na peça polar.
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Máquinas
O motor atinge a velocidade de sincronismo a partir dos efeitos das correntes parasitas que fluem no ferro do
rotor e da histerese. Sua maior aplicação está nos relógios e outros dispositivos marcadores de tempo.
Tipos de Motores de indução monofásicos:
Motor de Pólos Sombreados (ou shaded pole);
Motor de Fase Dividida (ou split phase);
Motor de Condensador de Partida (ou capacitor - start);
Motor de Condensador Permanente (ou permanent - split capacitor);
Motor com Dois Condensadores (ou two-value capacitor).
Seguidamente vamos apresentar o funcionamento, características, vantagens e aplicações dos vários tipos de
motores monofásicos.
Motor de Pólos Sombreados
O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo distorcido (ou shaded pole), graças ao seu
processo de arranque, é o mais simples, confiável e econômico do motores de indução.
Construtivamente existem diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. Cada
pólo vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. A
corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte
não abraçada pela mesma. O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que se move na direção da parte
não abraçada para a parte abraçada do pólo, produzindo o binário que fará o motor partir e atingir a rotação
nominal.
O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do pólo. Consequentemente,
o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido,
mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos para se obter
inversão de rotação, mas muito mais dispendiosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido
apresentam baixo binário de arranque (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência.
Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de
cv a 1/4 cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como: movimentação de
ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de
cabelo, pequenas bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações domésticas. Apesar de
sua aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de
duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria eletromagnética.
Roto
r
Motor de Fase Dividida (Split.Phase)
Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o arranque), ambos defasados de 90 graus. O
enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o binário necessário para a rotação inicial e a
aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede
através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em
casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento
auxiliar é dimensionado para atuar apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se.
O ângulo de desfasamento que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento
auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm binário de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que
limita a sua aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco binário de arranque, tais como
máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas
centrífugas, etc.
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Máquinas
Roto
r
Motor de Condensador de Partida (Capacitor-Start)
É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um condensador
eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O condensador permite um maior ângulo de
desfasamento entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados binários
de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a
80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase
o mesmo binário que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade
síncrona, a curva do binário com os enrolamentos combinados cruza a curva de binário do enrolamento principal
de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor binário, para qualquer
escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele.
Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo
não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na
média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar o seu funcionamento é
idêntico ao do motor de fase dividida.
Com o seu elevado binário de arranque (entre 200% e 350% do binário nominal), o motor de condensador de
partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a
15 cv.
Motor De Condensador Permanente (Permanent.Split Capacitor)
Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam permanentemente ligados, sendo o
condensador do tipo electrostático. O efeito deste condensador é o de criar condições de fluxo muito
semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o binário máximo, o rendimento e o
fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído.
Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contactos e partes móveis, como nos
motores anteriores. Porém o seu binário de arranque, é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do
conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado binário de arranque,
tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas
serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para potências de
1/50 a 1,5 cv.
Motor Com Dois Condensadores (Two.Value Capacitor)
É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de condensador de partida e
funcionamento em regime idêntico ao do motor de condensador permanente. Porém, devido ao seu alto custo,
normalmente são fabricados apenas para potências superiores a 1 cv.
Roto
r
Fase Auxiliar
Fase principal
19
Roto
r
capacitor permanente
Capacitor de arranque
chave
Máquinas
Motores universais
Antes de comentarmos sobre os verdadeiros motores elétricos AC, vejamos um tipo intermediário de motor
denominado motor universal. Esse motor pode funcionar tanto com alimentação DC como AC. Um verdadeiro
motor elétrico DC não aceita alimentação AC (essa inverte o sentido da corrente a cada meio ciclo e isso apenas
causaria trepidações); do mesmo modo, um verdadeiro motor AC (como veremos) não aceita alimentação DC
(essa não oferecerá as convenientes alterações do sentido da corrente para o correto funcionamento do motor).
Porém, se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos motores DC por eletroímãs e ligarmos (em
série) esses eletroímãs no mesmo circuito do rotor e comutador, teremos um motor universal. Eis a ilustração
dessa 'engenhoca':
Nos motores universais, tanto estator como rotor são
eletroímãs com bobinas em série e concordância.
Este motor 'girará' corretamente quer seja alimentado por corrente contínua ou corrente alternada. A diferença
notável entre motor universal e motor DC é que se você alimentar o motor universal com fonte DC, ele não
inverterá o sentido de rotação se você inverter a polaridade da fonte (como acontece com o motor DC),
continuará a girar sempre no mesmo sentido. Se você quiser realmente inverter o sentido de rotação de um
motor universal deverá inverter as ligações nos eletroímãs dos estatores para inverter seus pólos.
Motores universais são usados, por exemplo, em batedeiras elétricas,
aspiradores de pó etc. Em tais motores, com o tempo de uso, haverá
desgastes nas escovas de carvão e deverão ser substituídas. Basta você
levar um pedacinho da escova velha até uma loja de ferragens, comprar o
par de escovas novas adequadas e repor no motor; uma operação bastante
simples.
20
Máquinas
Motores de passo
Muitos dispositivos computadorizados (drives, CDRom etc.) usam motores especiais que controlam
os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar continuamente, estes rotores giram em etapas
discretas; os motores que fazem isso são denominados 'motores de passo'. O rotor de um motor de
passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, seqüencialmente, pelos pólos de diversos
eletroímãs estacionários, como se ilustra:
Num motor de passo, o rotor é atraído por um par de pólos do estator e a seguir, por outro. O rotor movimentase por etapas discretas, pausando em cada orientação, até que novo comando do computador ative um jogo
diferente de eletroímãs.
Estes eletroímãs são ligados/ desligados seguindo impulsos cuidadosamente controlados de modo que os pólos
magnéticos do rotor se movam de um eletroímã para outro devidamente habilitado.
Questionário:
1 – Quais os componentes principais de um motor trifásico de Corrente Alternada.
2 – Qual a diferença de um rotor em gaiola e um rotor bobinado.
3 – Qual ou quais os dispositivos que podem ser ligados aos anéis coletores do rotor bobinado.
4 – Para que serve os resistores ligados aos anéis coletores de um rotor bobinado.
5 – Determine a velocidade síncrona de um motor de 4 pólos, 60 Hz.
6 – Determine a velocidade síncrona de um motor de 8 pólos, 60 Hz.
7 – Quantos pólos devem possuir um motor AC para funcionar com 3600 RPM, 60 Hz.
8 – Quantos pólos devem possuir um motor AC para funcionar com 1200 RPM, 60 Hz.
10 – Um motor com velocidade rotórica de 1754 RPM, de 4 polos, 60 Hz. Qual o escorregamento percentual
deste
motor.
11 – Um motor com velocidade rotórica de 850 RPM, de 8 polos, 60 Hz. Qual o escorregamento percentual deste
motor.
12 – Um motor com escorregamento de 5%, 8 pólos, 60 Hz. Qual a velocidade do rotor deste motor.
13 – Um motor com escorregamento de 3%, 4 pólos, 60 Hz. Qual a velocidade do rotor deste motor.
14 – Determine a corrente nominal de um motor trifásico de 50 HP – 440 V – cos φ = 0,88 – η = 0,95.
15 – Determine a corrente nominal de um motor trifásico de 40 HP – 220 V – cos φ = 0,88 – η = 0,95.
21
Máquinas
16 – Determine a corrente de rotor de um motor de 8 polos, 60 Hz, cujo produto KØ = 0,4 – cos θr = 0,89 –
Torque 250 kg.m
17 – Determine a corrente de rotor de um motor de 12 polos, 60 Hz, cujo produto KØ = 0,23 – cos θr = 0,93 –
Torque 50 kg.m
18 – Qual o torque de um motor de 4 pólos, 60 Hz, cujo produto KØ = 0,10 - cos θr = 0,70 e corrente de rotor 250
A.
19 – Qual o torque de um motor de 4 pólos, 60 Hz, cujo produto KØ = 0,15 - cos θr = 0,80 e corrente de rotor 750
A.
20 – Explique com suas palavras a diferença de um motor síncrono e um motor assíncrono.
21 – Faça o diagrama elétrico de fechamento de um motor de 12 terminais para 380 V e 440 V.
22 – Faça um diagrama elétrico de fechamento de um motor de 12 terminais para 220 V e 760 V.
23 - Explique com suas palavras o motivo a qual deve ser dado uma partida de um motor trifásico com partida
estrela-triângulo.
24 – Cite duas situações que é conveniente a partida direta em motores trifásicos.
25 – Para que serve um Autotransformador na partida de um motor de indução?
UNIDADE V - GERADORES CA
ALTERNADORES
Os geradores de corrente alternada também são chamados de alternadores. Praticamente toda a energia elétrica
consumida nas residências e indústrias é fornecida pelos alternadores das usinas que produzem eletricidade.
Um alternador simples é formado por um campo magnético forte e constante; condutores que giram através do
campo magnético; e alguma forma de se manter uma ligação contínua dos condutores à medida que eles giram.
O campo magnético é produzido pela corrente que flui pela bobina de campo estacionário ou estator. A excitação
para a bobina de campo é fornecida por uma bateria ou qualquer outra fonte cc.
A armadura, ou o rotor, gira dentro do campo magnético. Para uma única espira em volta do rotor, cada
extremidade é ligada a anéis coletores separados, isolados do eixo. Cada vez que o rotor gira se completa uma
rotação, processa-se um ciclo completo de corrente alternada. Na prática, um alternador contém várias centenas
de espiras enroladas nas fendas do rotor. Duas escovas são pressionadas através de molas contra os anéis
coletores de modo a manter uma ligação contínua entre a corrente alternada induzida no rotor ou na bobina da
armadura e os circuitos externos.
22
Máquinas
O pequeno gerador ca geralmente tem um campo estacionário e uma armadura giratória. Uma desvantagem é
que os contatos entre o anel de contato e a escova estão em série com a carga. Se essas partes se gastarem ou
ficarem sujas, o fluxo de corrente pode ser interrompido. Entretanto, se a excitação do campo for ligada ao rotor,
as espiras anteriormente estacionárias terão corrente alternada induzida passando por elas. Pode-se ligar uma
carga através dessas bobinas da armadura sem ser necessário nenhum contato móvel no circuito.
A excitação do campo é fornecida ao campo giratório através dos anéis de contato e das escovas. Uma outra
vantagem desse campo rotativo e do gerador de armadura estacionária está na grande facilidade de se isolar os
campos do estator, comparada com a isolação de bobinas de campo rotativo. Como são freqüentemente
geradas tensões altas, da ordem de 18.000 a 20.000 V, esta alta tensão não precisa ser trazida até os anéis de
contato e as escovas, mas pode ser levada diretamente para o mecanismo de chaveamento através de
condutores isolados da armadura estacionária.
A quantidade de tensão gerada por um gerador ca depende da intensidade do campo e da velocidade do rotor.
Como a maioria dos geradores funciona com velocidade constante, a quantidade de fem produzida depende da
excitação do campo.
A freqüência da fem gerada depende do número dos pólos do campo e da velocidade de funcionamento do
gerador, ou
f = pn
120
onde
f = freqüência da tensão gerada, Hz
p = número total de pólos
n = velocidade do rotor, rotações por minuto (rpm)
A regulação de um gerador ca é o aumento porcentual na tensão do terminal à medida que a carga vai
sendo reduzida da corrente especificada para carga máxima até zero, mantendo-se a velocidade e a excitação
constantes, ou
Regulação de tensão = tensão sem carga – tensão com carga máxima
tensão com carga máxima
A regulação de tensão é geralmente uma função externa do alternador
GERADORES EM PARALELO
A maioria das usinas elétricas possui vários geradores ca funcionando em paralelo a fim de aumentar a potência
disponível. Antes de dois geradores serem ligados em paralelo é preciso que suas tensões nos terminais sejam
iguais, suas tensões estejam em fase e suas freqüências sejam iguais. Quando forem atingidas estas condições,
os dois geradores estarão funcionando em sincronismo. A operação de se colocar os geradores em sincronismo
chama-se sincronização.
ESPECIFICAÇÕES
Os dados da plaqueta de identificação de um gerador ca típico incluem o nome do fabricante, a série e o número
do tipo; rotação (rpm), número de pólos, freqüência da saída, número de fases e tensão máxima fornecida;
especificação da capacidade em quilovoltamperes e em quilowatts para um fator de potência específico e uma
tensão máxima de saída; aumento máximo de temperatura.
Exemplo:
Westinghouse
Gerador ca refrigerado a ar Nº 6750616 Tipo ATB
3.600 RPM
2 pólos 60 Hz 3 fases ligação em estrela para
13.800 volts
Especificação 15.625 KVA 12.500 kW 0,80 FP excitador
250 volts
Armadura 654 amp campo 183 amp
Garantia de que a temperatura não excederá
0
60 C na armadura pelo detetor
0
80 C no campo pela resistência
Dados da plaqueta de identificação para um gerdaor ca típico
23
Máquinas
PERDAS E EFICIÊNCIA
As perdas de um gerador ca são análogas às do gerador cc e incluem as perdas no cobre da armadura, perdas
no cobre da excitação de campo e perdas mecânicas.
A eficiência (Ef) é a razão entre a potência útil de saída e a potência total de entrada.
Ef. = saída
Entrada
Questionário
01 – Um gerador de corrente alternada girando a 1800 RPM para gerar uma frequência de 60 Hz, quantos pólos
são necessários ?
Resp:
02 – Um gerador de corrente alternada girando a 3600 RPM para gerar uma frequência de 60 Hz, quantos pólos
são necessários ?
Resp:
03 – Qual a velocidade necessária para um gerador gerar 100 Hz, com 12 pólos ?
Resp:
04 – Cite três condições básicas de paralelismo de gerador CA.
Resp:
UNIDADE VI - GERADORES CORRENTE CONTÍNUA (CC)
O gerador é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica
pode ser fornecida por uma queda-dágua, vapor, vento, gasolina ou óleo diesel ou por um motor elétrico.
COMPONENTES
A – ARMADURA
A armadura gira por efeito de uma força mecânica externa. A tensão gerada na armadura é então ligada a um
circuito externo. A armadura do gerador libera corrente para um circuito externo ( a carga ). Também é chamada
de rotor ou induzido.
B – COMUTADOR
Tem a função de converter a corrente alternada que passa pela armadura em corrente contínua liberada através
de seus terminais. O comutador é constituído por segmentos de cobre com um par de segmentos para cada
enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica. Os
segmentos são montados em torno do eixo da armadura e são isolados do eixo e do ferro da armadura. No
chassi da máquina são montados duas escovas fixas, que permitem contatos com segmentos opostos do
comutador.
C – ESCOVAS
São conectores de grafitas fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem ( “ou escovem” ) sobre
o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a
carga externa.
D –ENROLAMENTO DE CAMPO
É um eletroímã que produz o fluxo interceptado pela armadura. A fonte de corrente de campo pode ser
separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura.
24
Máquinas
GERADOR CC SIMPLES
É formado por um enrolamento de armadura contendo uma única espira de fio. Este enrolamento de uma espira
intercepta o campo magnético para produzir a tensão. Quando a espira gira meia volta no sentido horário, os
contatos entre os segmentos do comutador e as escovas são invertidos e em virtude dessa ação de comutação,
o lado da espira que está em contato com qualquer uma das escovas está sempre interceptando o campo
magnético no mesmo sentido, produzindo uma corrente contínua pulsante para o circuito de carga externo.
rotação
N
S
comutador
escovas
I
I
carga
EQUAÇÕES DA TENSÃO NO GERADOR
Tensão média Vg gerada por um gerador pode ser calculada por:
Vg = p Z Φ n
8
60b x 10
onde: Vg – tensão média gerada por um gerador CC, Volts
p – número de pólos
Z – número total de condutores da armadura
Φ – fluxo por pólo
n – velocidade da armadura, RPM
b – número de percursos paralelos através da armadura, dependendo do tipo de enrolamento da
armadura.
Como todos os fatores desta equação são fixos, exceto Φ e n, podemos simplificar esta equação, ficando da
seguinte forma:
Vg = K Φ n
K=
pZ .
8
60b x 10
Vg é diretamente proporcional a Φ e a n.
REGULAÇÃO DE TENSÃO
É a diferença entre a tensão do terminal sem carga (SC) e com carga máxima (CM) e é expressa como uma
porcentagem do valor de carga máxima.
Reg. Tensão = Tensão SC – Tensão CM
Tensão CM
25
(%)
Máquinas
PERDAS DE UM GERADOR
As perdas nos geradores consiste nas perdas no cobre dos circuitos elétricos e nas perdas mecânicas devidas a
rotação da máquina. As perdas incluem:
1 – Perdas no cobre
Perdas I² R na armadura
Perdas no campo
(b).1 – I² R do campo em derivação
(b).2 – I² R do campo em série
2 – Perdas mecânicas ou rotacionais
Perdas no ferro
(a).1 – Perdas por correntes parasitas
(a).2 – Perdas por histerese
Perdas por atrito
(b).1 – Atrito no mancal (rolamento)
(b).2 – Atrito nas escovas
(b).3 – Perdas por vento ou atrito com o ar
EFICIÊNCIA DE UM GERADOR
A Eficiência é a razão entre a potência de saída e a potência total na entrada, expressa em porcentagem
Efciência =
Psaída
Pentr
= Pentrada – perdas
Pentrada
=
Psaída
.
Psáida + perdas
(%)
EXCITAÇÃO DO CAMPO
Os geradores CC recebem seus nomes de acordo com o tipo de excitação de campo utilizado.
Quando o campo do gerador é fornecido por uma fonte CC separada ele é chamado de gerador de excitação
separada.
Vsaída
Quando o gerador fornece a sua própria excitação, ele é chamado de gerador auto-excitado, sendo classificado
das seguintes formas:
26
Máquinas
A – GERADOR EM DERIVAÇÃO
Quando o campo estiver em paralelo com o circuito da armadura.
Vsaída
Circuito equivalente
Id
r - reostato
ra
Ia
rd
Vg
Vta = Vt = Vg – raIa
I L = Ia – I d
Id = Vt / rd + r
27
IL
Vt = Vta
Máquinas
B – GERADOR SÉRIE
Quando o campo estiver em série com o circuito da armadura.
Vsaída
Circuito equivalente
rS
Ia
Vt
ra
Vta
Vg
Vta = Vg – raIa
Vt = Vg –Ia ( ra + rS )
28
Máquinas
C – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO CURTA
Quando são usados dois campos, derivação e série e o campo de derivação em paralelo somente com a
armadura.
Vsaída
Circuito equivalente
IL
Id
r - reostato
ra
Ia
rd
Vg
Vta = Vg – raIa
Vt = Vta – rSIL
I L = Ia – I d
Id = Vta / rd + r
29
Vt
Máquinas
D – GERADOR COMPOSTO EM DERIVAÇÃO LONGA
Quando são usados dois campos, derivação e série, eo campo de derivação em paralelo com a armadura e com
o campo série.
Vsaída
Circuito equivalente
IL
r – reostato
rS
Id
ra
Ia
rd
Vg
Vta = Vg – raIa
Vt = Vta – IL ( rS + ra )
I L = Ia – I d
Id = Vt / rd + r
Onde:
r – reostato, Ω
ra – resistência da armadura, Ω
rs – resistência do campo série, Ω
rd – resistência do campo em derivação, Ω
Vg – tensão gerada na armadura, V
Vta – tensão no terminal da armadura, V
Vt – tensão no terminal do gerador, V
Ia – corrente da armadura, A
Id – corrente do campo em derivação, A
IL – corrente na linha, A
30
Vt
Máquinas
EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO
1 – Um gerador gera 100 V quando sua rotação é de 800 RPM. Que f.e.m. ele produz se a sua velocidade de
rotação aumentar para 1200 RPM, permanecendo constante o fluxo do campo ?
Resp:
2 – Um gerador tem uma f.e.m. de 520 V, 2000condutores na armadura, um fluxo por pólo de 1.300.000 linhas,
uma velocidade de 1200 RPM e a armadura tem 4 percursos paralelos. Calcule o número de pólos.
Resp:
3 – Um gerador tem uma tensão no terminal com carga máxima de 130 V. quando a carga é retirada, a tensão
aumenta para 160 V. Qual o percentual de regulação de tensão deste gerador ?
Resp:
4 – Qual a tensão de um gerador em vazio, sabendo que com carga máxima sua tensão é 127 Volts e tem uma
regulação de tensão de 20 %.
Resp:
5 – Sabendo que um gerador tem uma tensão nos seus terminais de 240 V, corrente de linha 50 A e perdas de
2000 W, determine a eficiência do gerador.
Resp:
6 – Um gerador composto em derivação longa tem uma tensão nos terminais de 250 V, uma resistência de
armadura incluindo as escovas de 0,025 Ω e uma resistência de campo de 0,005 Ω. Calcule a tensão gerada na
armadura, sabendo que a corrente que circula na armadura é de 400 A.
Resp:
7 – Um gerador em derivação com Vt = 240 V tem uma resistência de derivação de 50 Ω. Qual a resistência de
um reostato de campo a ser acrescentado ao circuito para limitar a corrente de campo em 3 A quando o gerador
estiver em funcionamento com a tensão especificada.
Resp:
8 – Um gerador composto em derivação curta tem uma tensão de terminal de 240 V. quando a corrente da linha
é de 50 A. A resistência do campo série é de 0,04 Ω. Calcule:
a – A queda de tensão através do campo série
b – A queda de tensão através através da armadura
c – A corrente da armadura, sabendo que a corrente de campo em derivação é 2 A.
d – Se as perdas forme de 2000 W, qual será a eficiência ?
Resp:
9 – Um gerador composto em derivação curta fornece 210 A para uma carga com 250 V. A sua resistência de
campo em derivação é 24,6 Ω, a resistência do reostato do campo em derivação é de 6,4 Ω, resistência do
campo série é 0,038 Ω e a resistência da armadura é de 0,094 Ω. Calcule as perdas no cobre:
a – No enrolamento do campo em derivação
b – No reostato do campo em derivação
c – No campo série
d – No enrolamento da armadura
e – Se as perdas por rotação em condições de carga máxima forem de 800 W, qual a eficiência do gerador.
Resp:
UNIDADE VII - MOTORES CORRENTE CONTÍNUA (CC)
O motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação.
COMPONENTES
A – ARMADURA
A armadura recebe a corrente proveniente de uma força elétrica externa. Sua constituição física é idêntica ao do
gerador, ou seja, é o núcleo rotativo, também chamado de rotor.
31
Máquinas
B – COMUTADOR
Sua função no motor é de receber a fonte elétrica externa para levar até a armadura. O comutador é constituído
por segmentos de cobre com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do
comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica. Os segmentos são montados em torno do eixo da
armadura e são isolados do eixo e do ferro da armadura. No chassi da máquina são montados duas escovas
fixas, que permitem contatos com segmentos opostos do comutador.
C – ESCOVAS
São conectores de grafitas fixos, montados sobre molas que permitem que eles deslizem ( “ou escovem” ) sobre
o comutador no eixo da armadura. Assim, as escovas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a
carga externa. No motor, sua função é servir de contato entre os enrolamentos da armadura ligados no
comutador e a fonte elétrica externa.
D –ENROLAMENTO DE CAMPO
É um eletroímã que produz o fluxo interceptado pela armadura. A fonte de corrente de campo pode ser
separada, chamada de excitador, ou proveniente da própria armadura.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR
Aplicando-se uma FEM na armadura do motor circulará uma corrente elétrica nos condutores da armadura. Esta
corrente elétrica criará em torno de si um campo magnético que, de acordo com o sentido da corrente no
condutor produzirá duas forças de sentidos contrários, uma para cima e outra para baixo. As duas forças agindo
desta forma, produz um Torque que faz a armadura girar.
O campo magnético e a corrente que circula na armadura, determinam o sentido de rotação da armadura, que
podem ser horário e anti-horário.
rotação
F
N
S
F
comutador
escovas
I
I
Fonte externa
SENTIDO DE ROTAÇÃO DA ARMADURA
Usa-se a regra da mão esquerda da seguinte maneira: com o polegar, o indicador e o médio da mão esquerda
perpendiculares entre si, aponte o indicador no sentido do campo magnético e o dedo médio no sentido da
corrente que passa no condutor; o polegar indicará o sentido em que o condutor tende a se deslocar.
F
32
Máquinas
Motores CC
Fazer um motor elétrico que possa ser acionado por pilhas ou baterias não é tão fácil como parece. Não basta
apenas colocar ímãs permanentes fixos e uma bobina, pela qual circule corrente elétrica, de modo que possa
girar entre os pólos desses ímãs.
Uma corrente contínua, como o é a fornecida por pilhas ou baterias, é muito boa para fazer eletroímãs com pólos
imutáveis mas, como para o funcionamento do motor é preciso periódicas mudanças de polaridade, algo tem que
ser feito para inverter o sentido da corrente nos momentos apropriados.
Na maioria dos motores elétricos CC, o rotor é um 'eletroímã' que gira entre os pólos de ímãs permanentes
estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo de ferro, que torna-se
fortemente magnetizado, quando a corrente flui pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta seu
sentido de percurso cada vez que seus pólos alcançam os pólos opostos do estator.
O modo mais comum para produzir essas reversões é usar um comutador.
A corrente flui ora num sentido ora no outro, no rotor desse motor CC,
graças às escovas de metal (esquerda da ilustração). Essas escovas tocam
o comutador do rotor de forma que a corrente inverte seu sentido a cada
meia volta do rotor.
Em sua forma mais simples, um comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente)
no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. A corrente elétrica 'chega'
por uma das escovas (+), 'entra' pela placa do comutador, 'passa' pela bobina do rotor, 'sai' pela outra placa do
comutador e 'retorna' á fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Eis um
visual completo:
33
Máquinas
Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu
sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de
rotação.
Mas, o motor CC acima descrito tem seus problemas. Primeiro não há nada que determine qual será o sentido
de sua rotação na partida, tanto poderá iniciar girando para a 'esquerda' como para a 'direita'. Segundo, é que
por vezes, as escovas pode iniciar tocando ambas as placas ou eventualmente nenhuma; o motor 'não dá
partida'! Para que a partida se dê com total confiança e no sentido certo é preciso que as escovas sempre
'enviem' corrente para o rotor e que não ocorra nenhum curto circuito entre as placas devido às escovas.
Na maioria dos motores CC consegue-se tais exigências colocando-se várias bobinas no rotor, cada uma com
seu par de placas no comutador. Conforme o rotor gira, as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de
cada vez, uma após a outra. A 'largura' das escovas também deve ser bem planejada.
O rotor de um motor CC gira com velocidade angular que é proporcional à tensão aplicada em suas bobinas.
Tais bobinas têm pequena resistência elétrica e conseqüentemente seriam percorrida por intensas correntes
elétricas se o rotor permanecesse em repouso. Todavia, uma vez em movimento, as alterações do fluxo
magnético sobre tais bobinas, geram uma força contra-eletromotriz (f.c.e.m.), extraem energia daquela corrente e
baixa as tensões elétricas sobre tais bobinas. O torque resultante se anulará quando essa f.c.e.m. se igualar á
tensão elétrica aplicada; a velocidade angular passa a ser constante.
Em geral, 'carregando-se' o motor (ligando seu eixo a algo que deve ser movimentado) sua rotação não varia
acentuadamente, mas, uma maior potência será solicitada da fonte de alimentação (aumenta a intensidade de
corrente de alimentação). Para alterar a velocidade angular devemos alterar a tensão aplicada ao motor.
O sentido de rotação do rotor depende das assimetrias do motor e também do sentido da corrente elétrica;
invertendo-se o sentido da corrente o motor começará a girar 'para trás'. É assim que fazemos um trenzinho de
brinquedo 'andar para trás'; invertemos o sentido da corrente em seu rotor.
TORQUE
O Torque produzido por um motor é proporcional a intensidade do campo magnético e a corrente da armadura,
podendo ser calculado por:
T = Kt Φ Ia
onde: T – torque em kg.m
Φ – número total de linhas de fluxo que entra na armadura por um pólo N
Kt – constante que depende das dimensões físicas do motor
Ia – corrente da aramadura, A
REGULAÇÃO DE VELOCIDADE
A velocidade é dada pelo número de rotações do eixo com relação ao tempo e é expressa em unidades de
rotação por minuto ( RPM ). Se um motor puder manter uma velocidade praticamente constante para diferentes
cargas, diz-se que o motor apresenta uma boa regulação de velocidade.
Reg. Velocidade = Veloc SC – Veloc CM
Veloc CM
34
(%)
Máquinas
PERDAS DE UM MOTOR
As perdas nos motores consiste nas perdas no cobre dos circuitos elétricos e nas perdas mecânicas devidas a
rotação da máquina. As perdas incluem:
1 – Perdas no cobre
Perdas I² R na armadura
Perdas no campo
(b).1 – I² R do campo em derivação
(b).2 – I² R do campo em série
2 – Perdas mecânicas ou rotacionais
Perdas no ferro
(a).1 – Perdas por correntes parasitas
(a).2 – Perdas por histerese
Perdas por atrito
(b).1 – Atrito no mancal (rolamento)
(b).2 – Atrito nas escovas
(b).3 – Perdas por vento ou atrito com o ar
EFICIÊNCIA DE UM MOTOR
A Eficiência é a razão entre a potência de saída e a potência total na entrada, expressa em porcentagem
Efciência =
Psaída
Pentr
= Pentrada – perdas
Pentrada
=
Psaída
.
Psáida + perdas
(%)
TIPOS DE MOTORES
A – MOTOR EM DERIVAÇÃO
Este é o tipo mais comum de motor CC. Suas curvas características de velocidade x carga e torque x carga
mostram que o torque aumenta linearmente com o aumento na corrente da armadura, enquanto a velocidade cai
ligeiramente à medida que a corrente da armadura aumenta. A velocidade básica é a velocidade com carga
máxima. O ajuste da velocidade é feito inserindo-se uma resistência no campo, usando um reostato de campo.
Deve-se tomar cuidado para não abrir o circuito do campo de um motor em derivação que está rodando sem
carga, porque a velocidade do motor aumenta descontroladamente até o motor se queimar.
+
fonte
Circuito equivalente
+
Id
r - reostato
IL
ra
Ia
Vt = Vta
rd
Vg
Vta = Vt = Vg + raIa
I L = I a + Id
Id = Vt / rd + r
35
Máquinas
CURVA CARACTERÍSTICA
Velocidade x carga e Torque x carga
velocidade
torque
Corrente da armadura
B – MOTOR SÉRIE
O campo deste tipo de motor é ligado em série com a armadura. A velocidade varia de um valor muito alto com
uma pequena carga até um valor bem baixo com a carga máxima. O motor em série é conveniente quando parte
com cargas pesadas ligadas a ele (guindastes e guinchos), porque com altas correntes na armadura ele produz
um torque elevado e funciona em baixa rotação. Sem nenhuma carga, a velocidade de um motor em série
aumentará ilimitadamente até o motor se destruir. Entretanto, os grandes motores em série são geralmente
ligados diretamente à carga e não através de correias e polias.
+
V fonte
-
Circuito equivalente
rS
Ia
Vfonte
ra
Vta
Vg
Vta = Vg + raIa
Vt = Vg + Ia ( ra + rS )
36
Máquinas
Velocidade x carga e Torque x carga
torque
velocidade
C – MOTOR COMPOSTO
Este tipo de motor associa as características operacionais dos motores em derivação e dos motores em série. O
motor composto funciona com segurança sem carga. À medida que se adicionam as cargas, a sua velocidade
diminui e o torque é maior se comparado com o do motor em derivação.
+
V fonte
-
Circuito equivalente
r - reostato
IL
Id
rS
+
Vta = Vg + raIa
Vt = Vta + rSIa
I L = Ia + Id
Id = Vt / rd +
ra
Ia
Vt
rd
Vg
37
-
Máquinas
Velocidade x carga e Torque x carga
torque
velocidade
Onde:
r – reostato, Ω
ra – resistência da armadura, Ω
rs – resistência do campo série, Ω
rd – resistência do campo em derivação, Ω
Vg – força contra eletromotriz, FCEM, V
Vta – tensão no terminal da armadura, V
Vt – tensão no terminal do gerador, V
Ia – corrente da armadura, A
Id – corrente do campo em derivação, A
IL – corrente na linha, A
OBSERVAÇÕES
1 – Comparando-se os circuitos equivalentes de um gerador com os circuitos equivalentes de um motor, nota-se
que a única diferença está no sentido da corrente na linha e na armadura.
2 – A FCEM de um motor, Vg, é gerada pela ação dos condutores da armadura ao interceptar as linhas de força.
3 – A potência útil de saída no eixo do motor, será então, à Pentrada ( V t x IL) menos as perdas por aquecimento
e as perdas rotacionais. A potência de saída do motor é dada em HP ou CV.
1 HP = 746 W
1 CV = 736 W
38
Máquinas
Questionário
01 - Explique com suas palavras o funcionamento de um motor cc simples.
Resp:
02 – Como é possível inverter a rotação de um motor CC ?
Resp:
03 – Para determinar o sentido do campo magnético, da corrente elétrica e da força no motor CC, qual a regra
que utilizamos ?
Resp:
04 – Determine a corrente da armadura de um motor CC cujo torque 250 Kg.m, o produto Kt.Φ vale 0,6.
Resp:
05 – Determine a corrente da armadura de um motor CC cujo torque 100 Kg.m, o produto Kt.Φ vale 0,35.
Resp:
06 - Determine a velocidade com carga máxima de um motor CC com regulação de velocidade de 11 % e
velocidade sem carga de 2600 RPM.
Resp:
07 - Determine a velocidade com carga máxima de um motor CC com regulação de velocidade de 14 % e
velocidade sem carga de 1800 RPM.
Resp:
08 – Determine a velocidade sem carga de um motor CC cuja regulação de velocidade de 23% e a velocidade
com carga máxima de 3600 RPM.
Resp:
09 – Determine a velocidade sem carga de um motor CC cuja regulação de velocidade de 13% e a velocidade
com carga máxima de 3600 RPM.
Resp:
39